塔架式抽油机发展历程及规模应用的经济效益评价

2021-12-28王鑫大庆油田有限责任公司开发事业部

石油石化节能 2021年12期

王鑫（大庆油田有限责任公司开发事业部）

近年来，随着油田开发的不断深入，开发难度不断增加，低产液井的比例逐年加大，产能投资和生产成本逐年缩紧，给采油举升设备优选带来了挑战。尽管常规游梁抽油机可以满足采油举升需求，但存在传动效率低、管理节点多、后期维护性成本高、耗能高等问题[1-3]。为了解决上述问题，充分调研了与塔架式抽油机相关的无游梁式抽油机使用情况，塔架式抽油机结构简单，能满足深抽、大排量提液、冲速调节范围宽、节能以及间抽等采油工艺要求，并对比了试验区内所有塔架式抽油机举升技术试验数据，分析节能效果，对塔架式抽油机应用现状进行总结。

1 塔架式抽油机

塔架式抽油机最早在上个世纪90年代进入大庆油田现场应用，该技术被列入股份公司机采系统七大主体技术之一，在经过了几年的调整完善后，已经能够满足目前油田的生产要求，并适合各油田推广应用。

1.1 结构原理

塔架式抽油机主要由控制部分、电动机、主架、皮带（钢丝绳）、悬绳器、导轮装置、配重装置、缓冲装置等8部分组成一个定滑轮系统。在采油生产过程中，通过变频器控制电动机，驱动配重装置，使滚筒另一侧与皮带（钢丝绳）连接的抽油杆进行上下往复运行。塔架机种类多样、造型各异，但原理相似，结构、性能、配套存在较大差异[4-5]。

1.2 发展历程

塔架式抽油机与游梁式抽油机相比，取消了常规游梁式抽油机四连杆传动机构，传动效率更高、更节能。作为一种新型的采油举升设备，在工艺技术上还存在一些问题，早期的塔架式抽油机，采用三相异步电动机驱动，通过减速箱带动滚筒，滚筒两端是钢丝绳连接的光杆和平衡块，滚筒往复转动就实现了抽油杆的上下往复运动。最大冲程4.2 m、冲次1～4次/min，运行参数需要手动调节。存在传动结构复杂、故障点多、钢丝绳更换频繁、让位机构操作复杂、杆断后对电动机及抽油装置造成巨大冲击等问题。经过了不断改进后，目前塔架机优化了结构，采用节能、高效的永磁同步电动机替代三相异步电动机驱动滚筒实现皮带上下往复运行，通过宽型内附钢丝绳皮带连接光杆和平衡块，大幅度延长了皮带的使用寿命；同时最大冲程由4.2 m延长至8 m；冲次调整中添加了数字模块，由原来的1～4次/min调整到在范围内可实现无级调速，调参范围更大，配套遥控器可远程操作；升级控制系统，实现参数及运行状态智能控制。目前智能塔架式抽油机已经能够满足目前油田的生产要求，且现场应用效果较好[6-7]。

2 经济效益评价

为客观评价塔架式抽油机应用情况，选取有代表性的电控换向塔架、智能塔架、立式塔架、皮带抽油机4种机型与同型号游梁抽油机进行全面经济技术评价。对2018年以来在老区和外围区块规模应用的203口4种塔架式抽油机的应用效果进行综合评价[8-10]。

2.1 投资成本对比

由于4种塔架式抽油机的价格基本接近，所在后面一次性投资、基础费用对比中不在单独对比，主要对比塔架式抽油机与常规游梁抽油机的各项费用对比。

2.1.1 一次性投资

2种机型一次性投资对比见表1。塔架机的价格构成中含永磁电动机和智能控制箱，抽油机的价格中不含电动机和控制箱的价格，按抽油设备目前最新价格计算，6型、12型、14型塔架机比抽油机及配电设备一次性投资低0.52万元、2.7万元、3.06万元；8型、10型的塔架机投资高于抽油机及配电设备2.59万元、3.7万元。因此，当设计机型较小或较大时，塔架式抽油机的一次性投资要比常规抽油机的投资低。

表1 2种机型一次性投资对比

2.1.2 基础费用对比

依据地面设计结果，基础价格差异见表2。8型、10型、12型抽油机基础价格比塔架机略低，14型抽油机基础价格高于型塔架式抽油机的基础价格，基础成本差值不明显。

表2 基础价格差异

2.1.3 管理维护成本

塔架式式抽油机目前所使用的皮带具有较强的耐摩擦、抗拉伸性，质保期在5年以上，塔架式抽油机的年维护工作任务是传动部件添加或更换润滑油和井口更换加盘根，10年累计维护费用约为1万元/口。常规游梁抽油机维护工作任务包括更换换皮带、加润滑油、更换中轴承、更换盘根、换尾轴承等20多种零部件，平均单井更换皮带2～3次/a，更换盘根6～10次/a，按油公司给出的平均单井维护性费用标准4 500元计算，预计单井10年维护性费用4.5万元。与塔架式抽油机维护费用对比，10年累计维护费用多出3.5万元/口。

2.1.4 作业费用成本

塔架式抽油机的冲次与常规游梁抽油机平均冲次6次/min相比，能够始终在低冲次下运行，保持在1～3次/min。在低冲次下运行时，抽油杆上下往复的次数比常规游梁抽油机上的少一半左右，这就能够明显的减少检泵费中的劳务费及更换井下工具所需的材料费用，抽油机井平均检泵费用5.2万元/口。按10年计算，塔架式抽油机机比常规游梁抽油机节约作业费用13.58万元/口。

2.2 能耗对比分析

统计现场在用的203口塔架式抽油机机的应用情况，与同型号抽油机对比，其中塔架式抽油机平均功耗下降3.3～7.5 kWh，单井日节约电量79.2～180.1 kWh，平均年可节约电费1.75万元～3.99万元。4种塔架机中智能塔架抽油机系统效率最高，智能塔架抽油机平均综合节电率最高。

2.3 应用效果评价

通过对比4种塔架抽油机与常规游梁式抽油机在标准井上的经济效果评价，优选出智能塔架式抽油机作为塔架式抽油机推广应用的主要型号。在2020年，同等液量水平条件下智能塔架式抽油机与同机型游梁式抽油机的节能效果对比见表3，共对比111口井，8型塔架式抽油机比8型游梁抽油机日耗电减少41.28 kWh、年节约电费1.1万元、吨液耗电减少1.78 kWh，总节电率为29.8%；10型塔架式抽油机比10型游梁抽油机日耗电减少64.56 kWh、年节约电费1.6万元、吨液耗电减少1.80 kWh，总节电率为33.4%。