优化节能措施降低机采井耗电

2011-08-15张伟利大庆油田有限责任公司第十采油厂

石油石化节能 2011年9期

张伟利（大庆油田有限责任公司第十采油厂）

优化节能措施降低机采井耗电

张伟利（大庆油田有限责任公司第十采油厂）

随着油田开发时间的延长，低效井逐年增多，该区块电能高消耗现象严重。通过对影响机采井耗电和系统效率的地面系统和井下系统进行分析研究，找出影响系统效率的因素；根据产液量稳定的基本原则，制定节能设计方案，采取可行的措施，提高抽油机系统效率，从而达到节能降耗的目的。对新产能井地面拖动装置进行优化，同时对老井采用新型节能电动机及抽油机减速装置，对检泵井井下系统进行优化，取得了一定的节能效果。

机采井优化效果

抽油机举升是人工举升的主要方式，采取有效的节能措施，提高其系统效率，可使投入产出比增加，在提高能效的同时获得更高的经济效益。抽油机系统效率受多方面因素的影响，做节能优化设计首先要对各种影响因素进行研究，找出对系统效率影响最大的因素。根据产液量不降的基本原则，制定节能设计方案，采取可行性的措施，提高抽油机的系统效率，从而达到降低机采井耗电的目的。

1 影响系统效率及耗电因素

1.1 地面系统影响

1.1.1 冲速对系统效率及耗电的影响

抽油机工作时，电动机的负荷变化较大，并且电动机的平均输出功率不但与电流有关，更重要的是与电动机的负荷变化周期有一定关系。冲次与电动机负荷周期变化是相对应的；能量在减速箱中的传递通过齿轮完成，一般情况下，1对齿轮传动功率损失约为2%，抽油机减速箱3对齿轮传动损失共为6%。抽油机的冲速每增加一次，能量经过3对齿轮传递后，减速箱的机械效率会降低1.5%～2.0%；抽油机的四连杆机构的能量损失主要包括轴承损失，钢丝绳的变形损失。通常情况下，抽油机的四连杆机构装置能量损失为7.5%～12.5%，若增加1个冲速，能量在该处的损失会增加3.0%左右；光杆运动速度增大，功率损失也随之增大，系统效率降低。总之，在确保产量的前提下尽可能地降低冲速，适当增大冲程能有效提高系统效率。

1.1.2 不平衡度及负扭矩对系统效率的影响

由扭矩曲线可直接得到上下冲程中的高峰扭矩值和负扭矩值与曲柄转角的范围。抽油机不平衡状态对系统效率影响分析，通常是以上下冲程高峰扭矩峰值相等为标准来判断抽油机的工作状况，在实际生产中，不可能经常保证上下冲程扭矩峰值完全相等，只要Mdmax/Mumax≥0.85，抽油机就能保持良好的平衡状况，扭矩曲线可以求得减速箱的平均输出功率，由于根据悬点载荷计算扭矩时，忽略了从悬点到曲柄的传动效率，所以，根据扭矩曲线求得的功率也就是光杆功率。将该功率除以抽油机效率可得电动机输出平均功率，通过实际计算可以得出抽油机在不平衡状态下工作电动机输出功率会增大，系统效率降低。

1.1.3 电动机机械特性不同直接影响系统效率

电动机的损耗可分为两大类：一是可变损耗，二是不变损耗。不同类型电动机由于内部结构及原理不同损耗不同，直接影响机采井耗电和系统效率。电动机的效率及功率因数都在额定功率附近时达到最大值，因此选用电动机时应使电动机的容量与负载相匹配。

1.2 井下系统影响

抽油杆柱与液体间的黏滞摩擦功与下泵深度、原油黏度、抽油杆运动速度的平方成正比。随着下泵深度的增加，摩擦损失功率增大，导致系统效率的下降；原油黏度的变化主要体现在摩擦载荷和沿程压力损失上，随着原油黏度的增加，液体摩擦力增加，悬点的最大载荷增加而最小载荷减小，载荷变化幅度和示功图面积都增大，功率消耗增加，从而导致系统效率降低[1]。

2 优化节能措施，降低耗电

通过以上分析，可得知对抽油机系统效率影响的因素。对于抽油机井节能优化设计来说，必须先对抽油机井的生产状况及时分析，找出影响系统效率的因素，在不影响产量的前提下，根据现场实际情况，调整参数，优化软件得出合理的优化方案。

2.1 根据优化结果采用新型过渡轮装置下调冲速

过渡轮装置工作原理：在电动机轮和抽油机皮带轮中间安装一个减速装置，减速装置有两个同轴同步减速轮，电动机轮直接带动大轮达到降低转速的目的，减速器小轮带动抽油机皮带轮，相当于下调电动机输出转速，达到降低冲速的目的。该装置分两种型号，分别是400/200和300/180，可以把原井4 r/min和3 r/min的冲次下调到2 r/min，采用滑轨固定在抽油机底座，4 700 mm和2 300 mm双皮带传动，可定期注润滑剂进行保养。

过渡轮装置选择产液量在0.5 t以下、小层连通性相对较差、系统效率偏低的特低效井进行安装，取得了较好的节能效果，安装前后对比，综合节电率达到9.4%，平均单井日节电12.0 kWh，平均系统效率提高1.40个百分点。

2.2 优选新型节能电动机，提高系统效率

2.2.1 老井采用YCHD高转差率双速节能电动机

随着油田开发时间的延长，低效井逐年增加，老井产液量下降；作业过程中泵挂上提，电动机负荷降低。电动机的效率及功率因数都在额定功率附近时达到最大值，因此，选用适当电动机使电动机的容量与负载相匹配是非常重要的。YCHD225—12/8型高转差率双速节能电动机采用两种输出转速,分别为462/698（r/min），对应额定功率分别为7.5/15（kW），更换配套电动机轮可按要求调整冲速。因此，可以根据单井实际变化情况随时调整适当的额定功率和冲速，在控制箱内直接转换转速开关档位，改变转速时，必须停机后才能改变转换开关“S”档位，避免电流突变造成电动机损伤。另外，电动机具有7%的转差率和2.75倍的堵转力矩，有利于抽油机在启动和井下遇阻时减少减速箱和抽油杆所受的冲击载荷，有利于降低抽油机故障率。

在老井选取电动机消耗功率小于7.5 kW的低效井进行安装，到目前共更换安装YCHD高转差率双速节能电动机20台套。更换前后对比，平均单井实耗功率由5.40 kW下降到4.80 kW，综合节电率达到11.1%，平均单井日节电14.4 kWh，平均系统效率9.2%，提高2.3个百分点。

2.2.2 优化产能井地面拖动装置

针对新产能井低效高耗这一问题采用新型节能拖动装置，起到了突出的节能效果。南区块投产新井27口，采用TNM系列稀土永磁电动机一体化装置。该装置采用电流无功补偿技术，无功电流在电动机处交换，能有效提高电动机功率利用率，与普通Y系列异步电动机比较有较高的节电率。统计27口新井，单井平均实耗功率4.40 kW，和老井平均实耗功率5.50 kW对比，平均单井日节电26.4 kWh，节电率20.0%，平均系统效率10.1%，提高3.1个百分点。

北区块投产新井115口，采用LP/CJT一体化节能拖动装置，该装置是由JFD系列控制箱与CJT系列电动机组成，具有两种功率输出形式，通过高低速转换开关来实现输出功率形式交换，高档转速700 r/min，对应冲速是4次，输出功率为17 kW；低档转速450 r/min，对应冲速是3次，输出功率为12 kW；该装置装有补偿电容，可有效降低电动机本身铜损、铁损，达到节能和提高系统效率的目的。统计115口新井，单井平均实耗功率5.0 kW，和老井平均实耗功率5.5 kW对比，平均单井日节电12.0 kWh，节电率9.1%，平均系统效率8.6%，提高1.6个百分点。

2.3 优化井下系统，降低油井负荷

2.3.1 上提泵挂深度

影响油井负荷的井下因素主要包括泵挂深度和井筒阻力。下泵深度越深，杆柱及液柱重量增大，功率消耗增加，抽油杆柱与液体间的黏滞摩擦功与下泵深度、原油黏度成正比，原油黏度的变化主要体现在摩擦载荷和沿程压力损失上，应用摩擦载荷计算和压力分布计算分析研究，随着原油黏度的增加，液体摩擦力增加，悬点的最大载荷增加而最小载荷减小。某地区井底流压均低于饱和压力，当压力降低到一定界限，井底附近油层原油脱气严重，黏度升高。通过对油井最低允许流动压力公式得出上提泵挂靠近合理流压，降低原油黏度，从而降低杆柱及液柱重量，减少摩擦阻力，降低油井负荷。老井根据实际情况泵挂上提顶界20～50 m，目前老井已完成泵挂上提工作，平均理论载荷下降1.4 kN，平均最大载荷下降2.2 kN，收到明显效果。

2.3.2 高黏度井采用强磁防蜡技术

工作原理：原油是抗磁物质，当以一定的流速通过特殊磁路设计的强磁场时，分子产生透导磁矩，此磁矩与外磁场相反，因而使原油进入磁场时克服磁场力。由于原油中各种组成的分子质量和磁矩不同，进动角速度也不同，磁场强度越高，进动角速度越高，使不同分子间距离拉大，作用力减小，有利于降黏。同种蜡分子的进动角速度相近，在磁场力的作用下，沿磁场方向排成分子串，相邻分子串由于排列方向相同，极性相同，互相排斥，当各分子串分别结晶后，由于分子中的束缚电荷被“中和”，静电引力大大削弱，分子串间就不易再结合成大网络状晶体大蜡晶，不再吸附到油管壁上形成蜡层，从而达到防蜡的效果。强磁防蜡降黏器有效期10年，单价1.9×104元，资金投入远远低于日常加药维护费用。