寨子河采油队采油系统节能技术的认识与应用_王维斌.pdf

202312技术应用与研究106Modern Chemical Research当代化工研究寨子河采油队采油系统节能技术的认识与应用王维斌（延长油田股份有限公司吴起采油厂寨子河采油队 陕西 717600）摘要：根据相关统计资料显示我厂目前共有正常生产井6400余口，年耗电量约4.0108kWh。寨子河采油队目前共有生产井387口，年耗电量约0.2373108kWh，耗电量占采油厂总用电量的5.93%。随着油田的发展壮大，抽油机井将越来越多，开展抽油机节能降耗工作，是遵照国家节约能源政策，转变企业经济增长方式，走节约型发展道路的必然原则。寨子河采油队油井以定向井为主，井下杆柱呈三维空间曲线，抽油管、杆受力复杂，且受到储层低压低渗特性制约，单井产能普遍较低，节能降耗难度很大。因此寨子河采油队自2020年以来，针对采油系统，进行了一系列节能降耗技术研究与应用，取得了较为显著的成效。关键词：寨子河采油队；节能降耗技术；效益成果中图分类号：TE933.1 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.12.035Understanding and Application of Energy Saving Technology in Oil Production System of Zhaizihe Oil Production TeamWang Weibin(Zhaizihe Oil Production Team,Wuqi Oil Production Plant,Yanchang Oilfield Co.,Ltd.,Shaanxi,717600)Abstract：According to relevant statistical data,there are currently over 6400 normal production wells in our factory,with an annual pow-er consumption of about 4.0 108 kWh.The Zhaizihe Oil Production Team currently has 387 production wells,with an annual power consumption of about 0.2373 108 kWh,accounting for 5.93%of the total electricity consumption of the oil production plant.With the development and expansion of oil fields,there will be more and more pumping wells.Carrying out energy saving and consumption reduction work for pumping units is an inevitable principle to comply with national energy conservation policies,transform the mode of economic growth of enterprises,and take the path of economi-cal development.The oil wells of Zhaizihe Oil Production Team are mainly directional wells,with the downhole rod string presenting a three-dimen-sional spatial curve.The stress on the tubing and rod is complex,and restricted by the low pressure and low permeability characteristics of the reser-voir.The productivity of a single well is generally low,making it difficult to save energy and reduce consumption.Therefore,since 2020,the Zhaizihe Oil Production Team has conducted a series of energy saving and consumption reduction technology research and application for the oil production system,and achieved relatively significant results.Key words：Zhaizihe oil production team；energy saving and consumption reduction technology；benefit results1.寨子河采油队系统能耗现状及影响因素分析深井泵采油过程就是克服各种阻力做功的过程，在这个过程中，系统输入能量的一部分转换为井下液体的能量，使其具有一定的势能；而其他部分能量则在传递和转换过程中克服各种阻力做了无用功消耗损失掉。本文通过分析找出降低采油系统能耗的主要矛盾及措施途径，经而实现抽油机井的节能降耗，达到降低生产成本，实现高效经济开发的目的。采油系统主要由三部分组成，一是地面驱动设备即抽油机、电机；二是井下的抽油泵，它悬挂在油管的下端；三是抽油杆柱，它把地面的动能传递给井下抽油泵；除了以上三个重要组成部分外，还包括用于悬挂抽油泵并作为液体通道的油管柱、油套环空以及井口装置。2.寨子河采油队采油系统节能降耗技术寨子河采油队从油田实际出发，通过应用工作参数优化、油井间开、平衡调整、节能设施设备、无功功率补偿变频柜等技术实现节能降耗。(1)油井工作参数优化调整技术工作参数对油井能耗的影响。在工作参数中，冲次对油井的能耗影响尤为突出，其次冲程对油井能耗有重要影响，调小冲程后减小了井内液体与管、杆发生相对位移而产生的粘滞摩擦功，使油井输入功率下降。因此，在抽吸装备一定的条件下，降低油井冲次至3次/分以下，合理的采用最小冲程，并根据油井供液能力匹配泵径，可使能耗降低，这也是降低机采井能耗最直接最经济有效的途径。A.冲次对油井能耗的影响。单纯调小冲次的油井统计，降低冲次后油井日耗电量明显下降。不同冲次下油井能耗对比如表1所示。表1 不同冲次下油井能耗对比类别平均泵径/mm平均冲程/m平均冲次/min-1日产液/(m3/d)输入功率/kW有效功率/kW系统效率/%日耗电/kWh调前382.46.13.816.360.3113.96 126.24调后382.313.83.963.460.5320.1467.61202312技术应用与研究107Modern Chemical Research当代化工研究选取泵径、冲程、冲次、泵挂、抽油机型号、产液量接近，不同冲次的10口井做出冲次与系统效率和输入功率三者之间的统计数据，可以看出，随冲次的增加，电机输入功率的增大，耗电量增加。23-91-2井在调整前由于冲次较高，引起的惯性载荷过大，抽油机在上冲程和下冲程电动机输出功率出现较大波动，经过将冲次由6次降至3次后，输入功率由6.3kW降至3.32kW，日节电量达到40kWh。B.冲程对油井能的影响。根据抽油机井系统力学分析知道，冲程可减少由于管柱承受交变载荷发生弹性伸缩引起的冲程损失。但是冲程越大抽油杆在运动中的摩擦耗功也越大，导致系统输入功率越大。降低冲程后减小粘滞摩擦功，油井能耗下降，通过理论仿真和实测分析，在保持油井产液量不变的情况下，冲程越小能耗也越低。23-27-4井日产液0.97m3/d，含水15%，动液面1893m，泵深1960m，冲次为6次/分，泵径为38mm。现场连续下调冲程试验，冲程由2.4m调至1.8m时，产液量略有上升到1.10m3/d，输入功率由6.92kW降至5.26kW；冲程由1.8m调至1.2m时，产液量降到0.96m3/d，输入功率由5.26kW降至4.14kW。C.泵径对油井能耗的影响。如果油层供液充足，使用大直径泵，可以在较低的抽吸速度中得到所要求的产液量。而对于寨子河采油队来说，油层供液能力差、产液量较低，泵径过大，油井产量几乎没有变化，反而增加了油井耗电量。如表2所示。表2 调小泵径的油井能耗变化情况类别平均泵径/mm平均冲程/m平均冲次/min-1日产液/(m3/d)输入功率/kW有效功率/kW系统效率/%日耗电/kWh调前382.36.12.336.360.5217.53 126.24调后322.316.02.415.810.5320.14113.1(2)抽油机超低冲次改造技术对现有抽吸设备在最低冲次的情况下，冲次仍然相对偏高且对系统能耗具有重要影响的抽油机井，通过超低冲次改造技术等方式降低油井冲次，以达到节能降耗、提高泵效、减少系统损耗的目的。低转速电机的应用根据我队的实际生产情况，在适应油井产量的前提下，对低产井抽油机井电机的实际运行工况、单井系统效率进行综合分析，将普通六级或八级电动机，（转速有720r/min和930r/min两种）更换为超低转速抽油机专用三相异步电动机（转速490r/min），原有抽油设备不做任何改动，可以将油井冲次降至3次/分以下，使深井泵排量与地层供液能力匹配情况变好，提高深井泵充满系数，使抽油机运行参数更加适合油田生产实际，同时降低了抽油杆承受的冲击载荷和交变载荷，抽油机运行更加趋于平稳，同时还减少了电机的负载率，达到了节能降耗的目的。抽油机多级调速系统利用变速电机以及自制传动抽的配合使用，一是可直接通过电机接线盒组合开关实现调换冲次，实现了调参方便；二是由于装置液力储能软联接特性，实现了轻负荷启动，改善了电机启动工况，并可使启动电流下降60%，运行电流平稳；三是减小滑差增加原油产量创造经济效益；四是扭矩输出，电机轴承不受径向皮带张紧拉力，有效保护电机，降低了电机损耗；安装了多级调速系统后泵的充满程度得到了很大改善，泵效得到了极大的提高，单井的电量消耗降低了，节能效果明显。如图1、图2、表3所示。图1 14-86井安装前示功图图2 14-86井安装后示功图表3 14-86井安装前后单井消耗电量对比表井号/多级调速系统使用前平均每天消耗电量/kWh使用后平均每天消耗电量/kWh14-86141.8670.63(3)油井间开制度的研究、摸索和应用寨子河采油队区块主采层系属低渗、特低渗特点，决定了大量低产井的存在，这部分井长期处于供液不足状态，且多为间歇性出液，而连续生产，抽油机、电动机无功消耗大，造成能源浪费，如何节能、降低损耗是目前机械采油技术的发展趋势，因此油井间开也是目前公认的低产油井最佳节能方案，其缺点是抽油机运转不连续，对于出沙、结垢和严重偏磨井可能出现停机后卡泵无法开机的情况，我队目前主要实施人工间开技术。A.人工间开人工间开是由岗位工人定时开停抽油机，即当油井出液量不足时就关闭抽油机，等待井下液量的积蓄，当液面超过一定深度时，再开启抽油机，这样就提高了抽油机的工作效率，避免了大量的电能浪费。对于一些低产、低效、供液不足、沉没度较低，无卡泵因素的油井，结合动液面、示功图、产液量等资料，以不同间开制度试验，对比效果，不断摸索筛选适合该井的间开工作制度，做到有油开井，无油关202312技术应用与研究108Modern Chemical Research当代化工研究井，可以避免或减少抽油机无功作业及对三抽设备的损害，达到提高抽吸效率，节约能耗的目的。B.智能间开这种间开方式在本采油队并没有实施，其资料或者原理上说明，供参考和日后工作的指导。寨子河采油队实行人工间开井64口，下面就以23-100-2井，实行间开前后单井的功图及电量消耗对比如图3、图4、表4所示。图3 23-100-2井间隔抽前测试功图图4 23-100-2井间隔抽后测试功图表4 23-100-2井间隔前后单井消耗电量对比表井号/间开制度使用前平均每天消耗电量/kWh使用后平均每天消耗电量费用/kWh23-100-2（8/24）167.2065.603.经济效益评价寨子河采油队从2020年开展采油系统节能降耗技术研究系列措施以来，原油产量保持稳定，节能降耗工作成绩突出。为油田的节能降耗工作提供了理论依据和具体操作办法，促使油田电力资源利用的合理化，对于降低企业生产成本，充分发挥技术优势，对其他低渗透油田同样具有借鉴和指导意义，提高油田开发水平和缓解地区电力紧张局势具有十分重要的意义，促使了创建节约型企业稳步推进，对采油系统节能降耗技术进一步研究并稳步长久的推广下去将产生巨大的经济和社会效益。具体经济效益评价见表5。通过节能技术的研究，在我队两年时间的应用，共节电约127.5万度，约节电费76.5万元。4.结论采油系统节能降耗工作，是一项长期复杂的系统工程，需要参数调整、杆柱设计、配套工艺、油井管理等多方面密切协作，共同实施，才能取得较好的效果。（1）寨子河采油队主采地层物性差、渗透率低、液量低，制约着吨液能耗的上升，通过采用先进技术、优化工作参数、加强技术管理，可以达到节能降耗、降低生产成本的目的。（2）工作参数优化在抽油井节能技术中占有重要地位，在保证油井最佳产能的前提下，优化工作参数组合，可以充分发挥油层产能，保持合理的举升液量，是降低抽油机井能耗较为经济有效的手段。（3）对于日产液量低于1m3的低泵效油井，可以通过改变油井工作制度，缩短开井时间，减少无功工作，可大幅度降低油井的能耗。（4）加强抽油设备的技术管理及日常调整，使抽油机平衡度始终保持在合理的范围内，能有效降低抽油机井工作能耗。（5）低转速电机的应用和抽油机超低冲次改造技术的应用，在维持原抽油机不动的情况下，实现了油井低冲次采油，使抽油机运行参数更适合油田生产实际，同时降低了抽油杆承受的冲击载荷和交变载荷，抽油机运行更趋于平稳，是低渗油田抽油机井节能降耗的首选设备，可大面积推广使用。（6）结合产能建设和区块改造，加大推广应用新型复合节能抽油机，并合理匹配电机功率，使其工作时的功率达到电机额定功率的35%以上，提高电机效率，降低损耗。【参考文献】1刘广军.抽油机采油系统节能技术解析J.化学工程与装备,2020(12):130+117.2王起龙.机械采油系统节能降耗技术措施及应用探讨J.全面腐蚀控制,2020,34(03):96-98.3井泉雨.抽油机采油系统节能技术探讨J.化学工程与装备,2018(08):195+220.【作者简介】王维斌（1977-），男，汉族，陕西吴起人，大专，采油工技师，研究方向：油田采油。表5 寨子河采油队采油系统节能统计表使用前消耗电量/kWh使用前消耗电量费用/万元使用后消耗电量费用/万元节约费用/万元使用前吨液电费成本/元使用后吨液电费成本/元低冲次调节技术64.427.737.756.826油井间开制度64.82838.856.828.4注：抽油机电机功率都按照18kW计算，生产时间按照每年360天计算，电费按照0.6元/(kWh)计算，油井产液按照平均每口井日产1.5吨，含水40%计算。1.低冲次技术计算标准，使用井数为20口，使用前按照18kW电机的平均耗电量，为142(kWh)/d。2.油井间开制度计算标准，使用井数为20口(不卡泵的油井)，使用前耗电量按照18kW电机的平均耗电量，为142(kWh)/d