機(jī)械采油系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)措施及應(yīng)用范文

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摘要：機(jī)械采油是油田最主要的采油工藝，其系統(tǒng)工作能耗占油田生產(chǎn)能耗的比重較大，針對機(jī)械采油系統(tǒng)存在能耗高、效率低的情況，文中分析了造成機(jī)采系統(tǒng)能耗居高不下的原因，提出了通過優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)、采用節(jié)能設(shè)備、優(yōu)選采油工藝等措施來降低能耗，提升機(jī)采系統(tǒng)工作效率，為油田可持續(xù)發(fā)展提供保障。

關(guān)鍵詞：機(jī)采系統(tǒng)；能耗；影響因素；節(jié)能措施

前言

機(jī)采井在油田油井中占比較大，其生產(chǎn)用電是油田能耗的主要來源之一[1]。機(jī)采系統(tǒng)效率是衡量抽油機(jī)井性能的重要指標(biāo)，大量的機(jī)采井使用游梁式抽油機(jī)，造成機(jī)采系統(tǒng)出現(xiàn)能耗高、效率低的情況[2]。現(xiàn)階段油價(jià)低迷，油田持續(xù)開采導(dǎo)致油井產(chǎn)出液中含水率升高，生產(chǎn)成本增加，必須通過深入挖潛，節(jié)能降耗，降低油田生產(chǎn)成本，保障油田持續(xù)健康發(fā)展。為此，降低抽油機(jī)能耗，提升機(jī)采系統(tǒng)效率，發(fā)揮油井最大潛能，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1機(jī)采系統(tǒng)能耗影響因素分析

1.1電動(dòng)機(jī)影響

（1）電機(jī)負(fù)載率和功率因數(shù)的影響。電動(dòng)機(jī)是機(jī)采系統(tǒng)主要的能耗設(shè)備，影響電機(jī)工作效率的主要因素的電機(jī)負(fù)載率，當(dāng)電機(jī)負(fù)載率過低時(shí)，電機(jī)工作效率及功率因數(shù)均不同程度降低[3]。早期油田使用的電機(jī)多為異步電機(jī)，其工作效率只有在額定功率運(yùn)行情況下才能達(dá)到最佳，即額定功率運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)和電機(jī)效率最大。當(dāng)負(fù)載率降低時(shí)，電機(jī)效率和功率因數(shù)均下降，無功損耗增加。

（2）電機(jī)工作狀態(tài)影響。早期機(jī)采系統(tǒng)大多是異步電機(jī)，為避免出現(xiàn)啟動(dòng)和稠油情況下功率不足的情況，電機(jī)配備的額定功率通常大于抽油機(jī)實(shí)際輸入功率，造成部分機(jī)采系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。此外，電機(jī)工作時(shí)扭矩波動(dòng)較大，且會(huì)出現(xiàn)負(fù)扭矩的情況，要求電機(jī)能夠在較寬的載荷范圍內(nèi)有較高的工作效率，且抽油機(jī)機(jī)械特性與抽油機(jī)的工作要求相符，異步電動(dòng)機(jī)達(dá)不到以上要求。

1.2摩擦阻力的影響

摩擦阻力也是影響機(jī)采系統(tǒng)效率的因素之一。機(jī)采系統(tǒng)摩阻主要有：①光桿與盤根盒摩擦，當(dāng)盤根盒密封過緊或其與光桿的對中性差時(shí)，光桿上下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩阻較大；②桿、管、泵間的摩擦，油井開采后期，出砂較多時(shí)，容易導(dǎo)致抽油桿與油管摩擦、抽油泵與柱塞間的摩擦變大；③稠油井開采時(shí)，原油粘度高，抽油桿上下沖程運(yùn)動(dòng)過程中與采出液與油管間粘滯阻力大，同時(shí)高粘度的采出液在外輸管線中流動(dòng)阻力大，均消耗較多能量。

1.3電泵對能耗影響

常規(guī)電泵在高含水出砂油井工作一段時(shí)間后，容易出現(xiàn)泵密封性變差、泵閥漏失增大情況，同時(shí)油井產(chǎn)出液對泵腐蝕性較強(qiáng)，導(dǎo)致泵效衰減。再者，隨著油田油田稠油開發(fā)及注聚開發(fā)的規(guī)模不斷增大，產(chǎn)出液粘度不斷升高，影響抽油泵的充滿度，造成抽油機(jī)井泵效降低。

2機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

2.1優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)

對于不同的油井，要根據(jù)具體情況調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)。對供液充足的油井，在保證油井沉沒度合理的同時(shí)，調(diào)整泵的深度、加大泵徑能夠提高單井產(chǎn)液量，在充分挖掘油井生產(chǎn)潛力的情況下，可通過減小輸入功率來降低能耗。對于供液不足的井，造成供液不足的原因可能是地層供液不足或是抽油機(jī)抽汲參數(shù)偏大，導(dǎo)致抽油泵充滿度較低，還未充滿即進(jìn)入排液狀態(tài)，泵效較低，抽油機(jī)能耗損失大，針對這種情況，可通過降低沖次，減小輸入功率來提升泵效。對于抽油機(jī)偏磨情況，可以合理調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，盡量使用低沖次、長沖程的生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置，以提升泵效、減輕抽油桿柱的偏磨。為使抽油桿偏磨均勻，可在抽油桿和油管上安裝旋轉(zhuǎn)裝置，能夠減輕桿管的磨損，延長檢修期。在地層能量允許的情況下，可適當(dāng)上提泵掛，從而避開偏磨點(diǎn)[4]。

2.2采用節(jié)能設(shè)備

（1）節(jié)能型抽油機(jī)。傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)和工作原理決定了其工作效率受到平衡度的影響，系統(tǒng)效率低、能耗高。為此可采用節(jié)能型電機(jī)，使用特殊的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和平衡原理，改善抽油機(jī)能耗高的情況。常用的節(jié)能型電機(jī)有雙驢頭型、低矮型、下偏杠鈴型、擺桿式、摩擦換向式等，這些節(jié)能型抽油機(jī)能夠顯著提升機(jī)采系統(tǒng)效率。

（2）節(jié)能型電機(jī)。理想的抽油機(jī)電機(jī)應(yīng)具有裝機(jī)功率不高且啟動(dòng)扭矩高的特點(diǎn)，為此，可采用稀土永磁同步電機(jī)、高轉(zhuǎn)差電機(jī)、雙速雙功率電機(jī)、伺服拖動(dòng)系統(tǒng)等。雙速雙功率電機(jī)能夠自動(dòng)切換電機(jī)繞組，在負(fù)載較重時(shí)或者是開機(jī)啟動(dòng)時(shí)使用大功率繞組，在負(fù)載輕時(shí)使用小功率繞組，能夠提升系統(tǒng)工作效率；高轉(zhuǎn)差電機(jī)具有啟動(dòng)力矩大、電流小的特點(diǎn)，能夠減少抽油機(jī)系統(tǒng)加速度和懸點(diǎn)動(dòng)載荷，減輕抽油桿疲勞，避免出現(xiàn)桿泵斷脫事故，節(jié)能效果明顯；稀土永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子為稀土材料制成，電機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)子無需外加勵(lì)磁電源，能夠有效避免勵(lì)磁損耗，同時(shí)該型電機(jī)具有啟動(dòng)力矩大、過載能力強(qiáng)、電機(jī)工作效率和功率因數(shù)高的特點(diǎn)，節(jié)能效果顯著；伺服拖動(dòng)系統(tǒng)可方便設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)、無極調(diào)速等功能，節(jié)能效果好。

（3）采用變頻控制系統(tǒng)。變頻控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機(jī)軟啟動(dòng)、任意改變沖程、降低無功損耗、能量回饋等功能。使用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)軟啟動(dòng)，可減小啟動(dòng)電流，減少對電網(wǎng)沖擊，降低電機(jī)裝機(jī)功率，提升工作時(shí)電機(jī)負(fù)載率，節(jié)省能量消耗。使用變頻節(jié)能裝置來改變抽油機(jī)沖程，可使上沖程速度快，下沖程速度慢，可使抽油泵上提過程中減少泄漏，下放過沖中提高泵的充滿度，從而提高泵效。變頻調(diào)速裝置具有能量回饋的功能，能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的能量回饋到電網(wǎng)中，降低無功損耗，提升系統(tǒng)節(jié)能效果。

3間歇采油技術(shù)

間歇采油技術(shù)主要用于單井產(chǎn)量低、地層滲透率低、儲(chǔ)量豐度低的情況，這些情況使用常規(guī)采油方式機(jī)采系統(tǒng)能量消耗大、系統(tǒng)效率低。

3.1提撈采油工藝技術(shù)

抽油機(jī)采油費(fèi)用主要有電費(fèi)、各種藥劑費(fèi)、作業(yè)費(fèi)等，提撈采油工藝無需使用電能和各種藥劑，大大節(jié)約了采油成本，在待開發(fā)區(qū)塊，使用提撈采油具有一定的優(yōu)勢，如無需鋪設(shè)電力設(shè)施、不用上集油管線、無需井口裝備等，能夠有效降低投資。此外，針對一些老井不出油的情況，采油提撈采油工藝能夠減少能源浪費(fèi)，節(jié)省人力物力。

3.2活動(dòng)式螺桿泵間歇采油技術(shù)

活動(dòng)式螺桿泵間歇采油技術(shù)是在地面上采用拖拉機(jī)作為動(dòng)力裝置，拖動(dòng)井下的常規(guī)螺桿泵，將油井內(nèi)產(chǎn)出液舉升至地面，然后直接轉(zhuǎn)入油罐車，運(yùn)至中轉(zhuǎn)站直接進(jìn)行處理。采用螺桿泵間歇采油技術(shù)工藝流程簡單、采油成本低，需要注意的是掌握好每口井的間歇周期，間歇周期根據(jù)油井恢復(fù)程度和扭矩大小而定，合理的間歇周期能夠提升采油的效率。

4其它節(jié)能技術(shù)

4.1小井眼采油工藝

小井眼是指井徑小于215.9mm或小于區(qū)域內(nèi)常規(guī)井井徑的油井，小井眼不僅能夠在鉆井上節(jié)省鋼材、減少鉆井液使用量、占地面積小、節(jié)省鉆井成本等，使用小井眼采油工藝對抽油設(shè)備相對較低，抽油設(shè)備體積小、質(zhì)量輕，能夠有效降低采油能耗，達(dá)到節(jié)省成本的效果。

4.2螺桿泵采油技術(shù)

螺桿泵的排量與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比，能夠根據(jù)地層供液情況來改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使供采關(guān)系達(dá)到平衡。與抽油機(jī)比起來，螺桿泵運(yùn)行效率更高，且具有能耗低、采油成本低、設(shè)備占地面積小、噪音低等優(yōu)點(diǎn)。螺桿泵攜砂能力強(qiáng)，在高粘度或高含砂油氣藏應(yīng)用效果好。同時(shí)由于其噪音低、占地面積小，能夠用于居民區(qū)采油。螺桿泵在使用過程中必須加強(qiáng)生產(chǎn)管理，除停電、更換設(shè)備等情況外，螺桿泵不宜停機(jī)。在滿足生產(chǎn)需求的情況下，螺桿泵應(yīng)盡量在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。

5結(jié)束語

隨著大慶油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的壓力增大，新增油井向外圍延伸，低產(chǎn)、低滲透井增多，機(jī)采井噸液耗能和噸油耗增大，節(jié)能降耗顯得尤為重要，必須從優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)、采用節(jié)能設(shè)備、優(yōu)選采油工藝方面來降低系統(tǒng)工作能耗，同時(shí)加強(qiáng)新技術(shù)、新工藝的開發(fā)及應(yīng)用，不斷提升機(jī)采系統(tǒng)工作效率。

參考文獻(xiàn)

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[3]郭宏亮,宋學(xué)紅,李忠.提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的有效途徑[J].油氣田地面工程,2008(12):38-39.

[4]朱益飛.機(jī)采系統(tǒng)效率分析及對策[J].節(jié)能與環(huán)保,2003(12):23-24.

作者：平志波 單位：大慶市采油三廠作業(yè)大隊(duì)機(jī)關(guān)