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采取有效技术措施降低机采系统能耗

文档作者：付升文档来源：大庆油田有限责任公司第五采油厂		点击数：	更新时间： 2022年11月28日
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_ Management&amp;amp;Practice
采取有效技术措施 降低机采系统能耗
付升(大庆油田有限责任公司第五采油厂)
摘要 抽油机作为油田主要的耗能设备之一，在生产原油的同时也消耗了大量的电能。随
着油田开发进入高含水后期，油井井数不断增加、产液量逐渐下降，机采节能形势不容乐观。
为降低运行成本， 实现节能降耗，结合井队实际情况，采取了优化抽油机井工作制度、更换各
种节能设备等技术措施，取得了一定的节能降耗效果，同时针对目前井队机采节能工作存在的
问题，提出了相应整改措施。
关键词 能耗措施 效果
D0I：10．3969／i．i ssn．2095-1493。2012．03．020
1 机采系统能耗现状
2011年上半年系统效率测试84口井、137井
次，井队抽油机井平均单耗为1 1．42 kWh／t、平均系
统效率25．15％。平均单耗较高的主要原因是泵况和
地层供液能力导致的液量低，见表1。
表1 井队201 1年上半年系统效率测试情况统计
篡
m
嚣
2 具体措施及效果分析
2．1 优化工作制度⋯
对于单井而言，在油井生产情况和供电设备既
定的情况下，影响油井机采耗电的主要因素即为抽
油机井抽汲参数的组合，采用相对较为合理的抽汲
参数组合对降低抽油机井的机采耗电具有非常重要
的作用。
2．1．1 调小参数
为了降低采油系统的容积损失及摩擦和惯性损
失，根据九区一队油井低产液、低流压的实际情
作者简介：付升，2005年毕业于大庆石油学院，从事采油工程 J：
作，E-mail：fushengyk@pe”0china．corn．cn， 地址：黑龙江省大庆市
第五采油厂第一油矿九区一队，l63513。
48 f ww．syshjn．c。m
况，加大了调小参数的力度，以提高抽油机井泵
效，保证其较合理的沉没度。调小地面参数包括调
小冲程和调小冲速：调小冲程有效冲程变小，冲程
损失率变大；调小冲速降低循环次数，减小杆柱的
交变载荷。调小冲速效果好于调小冲程，因此调小
参数时优选调小冲速，调小参数97井口效果对比
见表2。
表2 抽油机井调小参数措施前后节能效果对比
2．1．2 参数匹配
较低的冲程会增加冲程损失，较高的冲速导致
抽油机井惯性损失和摩擦损失增加。因此，合理优
化生产参数，减少冲程损失和降低循环次数能有效
地降低系统能耗。按长冲程低冲速原则匹配参数3
口井，见表3。
表3 抽油机井长冲程低冲次参数匹配措施前后节能效果对比
产液／冲程／冲速／理论排量／ 消耗 系统 单耗／
项目
(t·d ) m min (m’·d ) 功率／kW 效率，％ (kWh·t )
措施前tO．0 2,0 7．3 23．98 4．59 20．32 12．48
措施后 9．5 2．5 5．0 20．40 4．06 22．41 1 1．56
对比 一0．5 0．5 —2．3 —3．58 —0．53 2．09 —0．92
2．1．3 换小泵径
对流压较低、泵径较大、冲速无法继续下调的
井，在检泵时换小泵径，提高了泵效及有效功率，
流压上升沉没度趋于合理，9 El井换小泵径效果对
比见表4。
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表4 抽油机井换小泵径措施前后节能效果对比
2．1．4 堵水
针对高沉没度、高含水的抽油机井，堵水8井
次，在减少无效采出液、减少能耗的同时，通过调
小抽汲参数(堵水时换小一级泵5井次，堵水后调
小冲程I井次、调小冲速6井次)，进一步减少能耗，降
低单耗，8口井采取堵水措施效果对比见表5。
表5 抽油机井堵7k措施前后节能效果对比
2．1．5 换小机型
对于机型偏大的井采取换小机型措施，降低能
耗，解决了“大马拉小车” 的问题，提高了设备运
行效率。换小机型6口井，均为CYJY10—3—37HB
换CYJ6—2．5—26HB，见表6。
表6 抽油机井换小机型措施前后节能效果对比
2．2 更换节能电动机
目前抽油机井普遍应用的为游梁式抽油机，由
于抽油机工作时为脉动负荷和重负荷启动，它所配
用的电动机有较高的启动转矩，而目前与抽油机配
套普遍采用的Y系列电动机由于启动转矩偏低，配
套时不得不提高电动机容量以满足启动的需要，这
样势必造成电动机安装容量过大，使电动机常常处
于轻载运行，“大马拉小车”，由此造成电动机在运
行过程中效率和功率因数都大大降低，损耗也明显
加大。针对这种现状，在生产中应用了多种类型节
能电动机，不同程度地提高了电能利用率，降低了
能耗。
2．2．1 永磁电动机
永磁同步电动机节能原理是转子转速与定子旋
转磁场完全同步，无转差损耗，转子不需要外加励
磁电源，消除了励磁损耗，因此具有功率因数较高
强襄跬■
且效率曲线平坦的特点，达到了提高功率因数，降
低无功损耗的目的，2l口井换永磁电动机效果对比
见表7。
表7 抽油机井换永磁电动机措施前后节能效果对比
2．2．2 调速电动机
双速电动机启动力矩大，恒转矩，启动电流平
稳，正常生产时可降低电动机额定功率，保证参数
的合理匹配，提高功率利用率，减少空耗。装机后
电动机有功功率下降，电动机功率利用率增加， 日
耗电下降。双速电动机适用于低产液、低流压、低
泵效井，解决低理排、低流压、低产液井热洗问
题。热洗时把电动机调至高挡位置，增加泵理论排
量、提高热洗质量、延长热洗周期、缩短热洗时
间、减少热洗次数，达到增油节气的目的，3口井
采用双速电动机的效果对比见表8。
表8 抽油机井换调速电动机措施前后节能效果对比
2．2．3 三相高转差率双速电动机
高转差电动机具有启动力矩大，启动电流小，
适合对启动困难、液量不足的抽油机井进行节能改
造。YCHD系列抽油机一体化节能拖动装置采用超
高滑差启动、双速运行、无功补偿节能方式。具有
转差率高(保证值为7％)、启动力矩大，过载能力
强、运行特性平滑、堵转电流小、堵转力矩大的
特点，可有效减小抽油系统的最大负荷及负荷变化
范围，减小减速器最大静扭矩及扭矩变化幅度，2
口措施井效果对比见表9。
表9 抽油机井换三相高转差率双速电动机措施前后节能
效果对比
己口1 年第j期石油石化节能f 49
I— Management＆Practice
2．2．4 双功率抽油机拖动装置
电动机具有两个级别额定功率，转子有两组抽
头分别接到两个交流接触器上，其中一个交流接触
器接高功率抽头，另一个交流接触器接低功率抽
头，两个交流接触器实现互锁，由控制器控制完成
两种功率间的自动切换。采用大功率启动、小功率
运行(电动机以高功率启动运行，当电流低于低功
率运行电流时，则通过控制器将电动机切换到低功
率状态；当电流升高到高于低功率运行电流时，则
切换到高功率状态)，减少电动机空载损耗，降低
电动机有功功率，避免“大马拉小车”和过载运
行，2口措施井效果对比见表10。
表10 抽油机井换双功率抽油机拖动装置措施前后节能效
果对比
2．2．5 无触点智能软启动自动变速控制装置
启动过程和停机过程采用无触点控制，实现了
对电动机的软转矩启动和软转矩停机，运行时采用
有触点运行，大大降低运行能耗，6口措施井效果
对比见表l l。
表11 抽油机井换无触点智能软启动自动变速控制装置措
施前后节能效果对比
2．3 更换节电箱
针对配电箱老化问题及功率因数低的情况，采
取逐渐更换节能配电箱的形式淘汰老化的配电箱。
2．3．1 智能型抽油机节电控制器
采用无功就地补偿节能措施，降低无功、提高
功率因数；具有星型和角型两种接线方式，根据油
井负荷及电流的变化情况自动转换接线方式以适应
抽油机的运转状况，达到节电的目的；延时自动启
动降低了电动机的启动电流。16口措施井效果对比
见表12。
2．3．2 TBBW型抽油机智能节电箱
采用电容补偿，降低无功、提高功率因数；具
有星型和角型两种接线方式，根据油井负荷及电流
的变化情况自动转换接线方式以适应抽油机的运转
状况，达到节电的目的；延时自动启动降低了电动
50 1 www．syshjn．c。m
机的启动电流。6口措施井效果对比见表13。
表1 2 抽油机井换智能型抽油机节电控制器措施前后节能
效果对比
表13 抽油机井换TBBW型抽油机智能节电箱措施前后节能
效果对比
2．3．3 ZDC-VD-38OV微电控制箱
微电脑对电动机功率变化跟踪监测，适时控制
电动机断续供电运行，减少或消除发电状态下的各
种损耗。应用可控硅调压， 供给电动机的电压跟随
电动机负荷变化，当负荷增加时，供给电动机的电
压也增加；当负荷减少时，供给电动机的电压也减
小。由于电压降低，使励磁电流减小，减少了电动
机的铜损和铁损，相应地减小了电动机的有功和无
功损耗。3口措施井效果对比见表14。
表14 抽油机井换ZDC-VD-380V微电控制箱措施前后节能效
果对比
2．3．4 智能化多功能调速装置
改善电动机运行特性，动态调整工作参数。人
为地改变电动机的机械特性，大扭矩、低速启动，
以实现与负荷特性柔性配合，从而降低电动机损
耗、减小机械冲击、提高系统效率；高精度、宽范
围调速，根据油井负荷的变化及时调整抽油机的工
作制度，减少无功消耗。5口措施井效果对比见表
15。
表15 抽油机井换智能化多功能调速装置措施前后节能效
果对比
2．4 更换节能变压器
10口井高耗能变压器换成节能变压器，节能效
果，见表16。
强黜■
制定节能措施。
2)重点抓好措施井的系统效率测试，措施前
后加密测试，并做好数据的对比分析。
表16 抽油机井换节能变压器措施前后节能效果对比
3 存在问题
3．1 存在问题
1)井队耗能设备较多，部分节能设备失去节
能功能。井队31口井安装高耗能变压器，23口井
装有常规Y系列电动机。61口井节电箱装有电容
器， 目前已有l1口井节电箱内的电容器泄漏，4口
井电容器连线断线，2口井电容器被拆除，2口井
无触点智能软启动， 自动变速控制装置不具备软启
动功能，永磁电动机存在消磁问题。
2)节能设备的日常维护不到位，如何能最大
限度地延长其节能功能，实现效益最大化，需进一
步摸索和改进。
3)部分参数匹配不合理。目前还有部分井冲
速受电动机轮径的影响无法下调；利用检泵时机换
小泵径；理论排量较低，如再下调影响热洗质量。
上述原因导致参数匹配不合理。
4)地层供液能力低。沉没度在100 113以下，
示功图供液不足或严重影响的井43口，平均单井
产液l0．4lf，d，平均沉没度43．80 113。
3．2 整改措施
油井参数匹配：
1)根据生产实际，适合使用调速电动机，生
产时用低速挡，热洗时用高速挡，达到合理匹配参
数，生产和热洗兼顾。
2)根据生产情况， 对油井参数进行动态调
整，保证其在合理工作状况下运行。
3)尝试长冲程、低冲速匹配。将冲程未调至
最大的井冲程调到最大，相应地调小冲速，在保证
合理理论排量的前提下地面参数按长冲程、低冲速
匹配。
系统效率测试：
1)按时完成系统效率的普测，分析单井原因、
加大节能设备的应用力度，重点是新技术、新
工艺、新设备的推广应用，对耗能设备有计划地逐
步进行更换。
4 几点认识
1)节能工作要统筹兼顾，全面考虑，一次措
施或调整，同时解决多个问题，取得多个效果或达
到多个目的。如换电动机与调参相结合，利用检泵
时机调整泵径，保证节能措施一步到位，实现节能
效益最大化。
2)合理匹配生产参数是发挥节能设备能力、
降低机采能耗的基础和最基本措施，经济易行。参
数优化首先要与油井的供液能力相适应，同时以能
量消耗最低为基本原则，并根据实际情况的不同选
择不同调参方案。
3)在实际油田生产中，生产是动态变化的，
总是存在着生产参数不合理的的情况，要求适时调
整。合理匹配抽油机井抽汲参数能够有效地提高抽
油机的有效功率，从而提高系统效率，降低抽油机
单耗，达到节能的目的。
参考文献：
[1]胡博仲大庆油田机械采油配套技术[M]．北京：石油工
业出版社．1 998：242-243．
[2]高敬德．电动机及电力拖动[M]．北京：石油工业出版社，
2001：1 75—1 98．
(收稿日期：2011-12—20)
己口I己年第j期石油石化节能』51

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