抽油機井系統(tǒng)效率技術及應用

抽油機井系統(tǒng)效率

技術及應用采油工藝研究院采油工藝室2、抽油機井系統(tǒng)效率的定義及影響因素3、提高系統(tǒng)效率的對策4、結論與認識1、抽油機井系統(tǒng)效率管理的意義一、抽油機井系統(tǒng)效率管理的意義抽油機井系統(tǒng)效率的研究并不是一個新課題或新領域，但是眾多的采油工程、開發(fā)等教科書上討論的較少，自1996年行業(yè)頒發(fā)的系統(tǒng)效率測試標準出臺后，該項技術逐漸進入廣闊采油工程人員的視線，通過幾年的探索與研究，目前已經(jīng)到達可操作的程度。但由于思維定式的改變，必然要引起設計思想的改變。傳統(tǒng)的抽油機井優(yōu)化設計方法是追求井口產(chǎn)量為目標，采用節(jié)點分析技術，對井下桿柱工作參數(shù)的進行優(yōu)化組合，這一舉升設計思想已不再適應股份公司高效、低耗的生產(chǎn)指導思想。而以提高抽油機井系統(tǒng)效率、降低生產(chǎn)本錢、降低抽油機能耗為目標的設計那么是系統(tǒng)效率的靈魂。從管理的范疇，以系統(tǒng)效率作為目標管理可以使抽油機井的科學管理到達更高境界?？梢詫崿F(xiàn)用有限的投入、產(chǎn)出最大的效益。因此思維定式的改變，必然要引起設計思想的改變，這就是系統(tǒng)效率的靈魂。二、機采系統(tǒng)效率定義及影響因素

抽油機井系統(tǒng)效率是指將液體舉升到地面的有效作功能量與系統(tǒng)輸入能量之比。有效功率輸入功率現(xiàn)場實測K〔Q、Hd、Po、Pt、ρ〕機械采油井的有效功率：式中：Pe—有效功率，kW;Q—油井產(chǎn)液量，m3/d;H—有效揚程，m;

ρ—油井混合液體密度，t/m3;g—重力加速度，g=9.8m/s2。

有效揚程：式中：H—有效揚程，m；Hd—油井動液面深度，m；

p0—油管壓力，Mpa；

p1—套管壓力，Mpa。

有用能量：用于提升所載液體

損失能量地面損失能量地下?lián)p失能量電機損失能量抽油機摩阻損失能量粘滯摩阻損失能量滑動摩阻損失能量水擊損失能量P入=P有+

P地+P粘+P滑+P其它液體粘度泵掛深度油管管徑泵桿桿徑?jīng)_程沖次桿管材質(zhì)井斜軌跡長度單位長度桿重皮帶-減速箱四連桿機構地面效率構成油管抽油桿抽油泵盤根盒井下效率構成電機效率井下效率影響因素1、盤根盒效率主要功率損失填料摩擦損失。2、抽油桿效率主要為抽油桿與油管的摩擦損失、抽油桿與液體之間的摩擦損失、桿柱彈性伸縮損失。3、抽油泵效率主要的功率損失為抽油泵柱塞與襯套之間的摩擦損失、泵漏失損失、原油流經(jīng)泵閥時由于水力阻力引起的功率損失。4、管柱效率主要有油管漏失損失、液體與油管內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦損失、油管彈性伸縮損失。影響因素有效功率現(xiàn)場實測K〔Q、Hd、Po、Pt、ρ〕〔1〕技術裝備要想提高系統(tǒng)效率，就應采用較先進的、節(jié)能型的技術裝備。如節(jié)能抽油機、適應抽油機變工況的拖動裝置、降低抽油桿摩擦的技術和高效抽油泵等。由此可見，有桿抽油系統(tǒng)的效率與油井本身的條件有密切關系。在油井條件一定的情況下，那么主要有以下三種因素的影響：影響因素〔2〕機、桿、泵的設計研究說明，抽汲參數(shù)〔S、n、D〕，特別是沖次〔n〕對有桿抽油系統(tǒng)效率有明顯影響，要想提高其運行效率，必須對抽汲參數(shù)進行優(yōu)化。影響因素〔3〕管理工作管理工作水平，例如抽油機的平衡度、驢頭與井口的對中情況、傳動皮帶的張緊程度等等都會影響有桿泵抽油系統(tǒng)效率。從以上可以看出系統(tǒng)效率不僅反映了機采井的節(jié)能與經(jīng)濟效益，而且也綜合地反映了油田的技術裝置、技術管理水平。因此，提高油田有桿抽油系統(tǒng)效率是提高油田工作水平的一個重要方面。三、提高系統(tǒng)效率的對策技術裝備水平抽油機電機抽汲參數(shù)沖程沖次泵徑抽油機平衡調(diào)整方法技術管理提高機采系統(tǒng)效率對策近幾年，從股份公司到地區(qū)分公司、直至采油廠一直在狠抓提高機采系統(tǒng)效率工作。目前僅系統(tǒng)效率測試儀器就有三種、系統(tǒng)效率優(yōu)化設計技術也有幾家在我油田應用，在為提高我油田的機采系統(tǒng)效率做出了積極推動作用的同時，也使技術的選用存在盲目性。在此，對我油田在用的優(yōu)化設計技術進行了評價。優(yōu)化思路：測試－優(yōu)化－實施－測試驗證儀器名稱測試功能范圍精度與軟件的銜接性XTZH-Ⅲ示功圖、動液面、三相電壓、電流、有功、無功、功圖、電機轉(zhuǎn)速、減速軸轉(zhuǎn)速0～1140V0.5％可直接將測試數(shù)據(jù)上傳到優(yōu)化診斷及設計軟件PTS2.0同上同上0.5％同上日產(chǎn)3166電壓、電流、有功、無功0～380V1％需人工加載結論：測試儀器上，實現(xiàn)測試、設計一體化是技術開展趨勢，顯然北京楓火和華北采研院〔湖北荊州)要優(yōu)于江蘇瑞達，但在攜帶和操作方面，北京楓火又要優(yōu)于華北采研院。配套儀器的適應性評價軟件名稱單位軟件功能05年實施效果提高抽油機井系統(tǒng)效率優(yōu)化設計軟件江蘇瑞達技術服務公司工況校核優(yōu)化設計實施后效果預測對比103口18.12％↑32.51％SysEff軟件華北油田采油工藝院工況校核敏感性分析優(yōu)化設計平衡分析實施后效果預測

對比15口23.6％↑29.5％結論：從優(yōu)化設計角度看，SysEff軟件功能較江蘇瑞達強，不僅能分解地面效率與井下效率，還能定量的計算主要參數(shù)對系統(tǒng)效率的敏感性程度，并在此根底上進行了油井參數(shù)優(yōu)化設計，提高了優(yōu)化設計及動態(tài)預測的準確性。且為網(wǎng)絡版軟件，便于生產(chǎn)單位的應用及技術的管理。但由于實施井數(shù)較少，其效果的普遍性有待進一步驗證。設計軟件的適應性評價一是對高凝高粘油考慮不夠充分。從現(xiàn)場應用效果來看，主要表現(xiàn)在有效期上〔小于90天的井占到了三分之一〕；局部井未到達預期效果〔四分之一的實施井〕二是對摻水量、加藥濃度等配套措施無法優(yōu)化，僅僅是桿管柱的設計及工作制度的優(yōu)化；三是優(yōu)化目標比較單一，未考慮經(jīng)濟效益。研發(fā)了提高雙高油井系統(tǒng)效率優(yōu)化設計軟件缺點：?沖程對懸點載荷影響相對最小沖程長那么沖程損失變小長沖程沖次對懸點載荷影響大稠油井、低供液井慢沖次泵徑大直徑泵可以在較低抽汲速度下得到所要求的產(chǎn)液量，從而使水力損失和摩擦損失減小，可得到較高的系統(tǒng)效率較大泵徑抽汲參數(shù)優(yōu)化的共同點：在同等產(chǎn)液量，桿柱等級、管徑根本保持不變的前提下：8.447kw5.02kw23.6%35%優(yōu)化前優(yōu)化后輸入功率系統(tǒng)效率系統(tǒng)效率優(yōu)化設計實施效果比照表項目日產(chǎn)液m3/d泵徑mm沖程m沖次次/分輸入功率％系統(tǒng)效率％年耗電量kw.h實施前34.753.163.535.329.16723.3777003實施后39.259.053.574.156.62935.7355684對比+4.5+5.89+0.04-1.17-2.538+12.36-21319新井優(yōu)化設計實施效果比照項目沖程沖次輸入功率系統(tǒng)效率年耗電量噸液耗電抽測新井平均單井4.354.786.7929.65.7萬度5.58度全油田平均3.565.278.4023.67.1萬度5.66度對比+0.79-0.49-1.61+6-1.4-0.08度技術裝備水平抽油機電機抽汲參數(shù)沖程沖次泵徑抽油機平衡調(diào)整方法技術管理提高機采系統(tǒng)效率對策由系統(tǒng)效率的定義出發(fā)：系統(tǒng)效率↑輸入功率↓有效功率↑通過設計參數(shù)的優(yōu)化可實現(xiàn)P入=P有+P損從輸入功率的構成來看：P地+P粘+P滑+P其它P電機+P抽油機對現(xiàn)有抽油機加強維護和保養(yǎng)在條件允許的情況盡可能選擇節(jié)能型抽油機進行常規(guī)游梁式抽油機的節(jié)能型技術改造〔下偏杠鈴式〕〔一〕降低抽油機能量損耗的主要方法〔二〕國內(nèi)外開展趨勢游梁式抽油機是國內(nèi)外油田應用最廣泛的有桿抽油裝備。近年來，為了滿足注水開發(fā)油田排液量高、粘油、稠油、深井與超深井抽油工藝的要求，游梁式抽油機朝著長沖程、重載、大扭矩方向開展。同時，節(jié)能型抽油機也是目前有桿抽油技術一個比較活潑的研究領域。2000年前－－節(jié)能抽油機的應用以雙驢頭抽油機為主2000年－－油田公司召開了“新型節(jié)能抽油機”技術開展研討會，確定了現(xiàn)場試驗機型2001年－－開展了調(diào)徑變矩式抽油機、下偏杠鈴式抽油機、擺桿式抽油機和皮帶式抽油機等4種節(jié)能抽油機的現(xiàn)場試驗2002年至今－－重點在產(chǎn)能井上開展了節(jié)能抽油機的推廣應用工作，常規(guī)游梁式抽油機節(jié)能型技術改造進入現(xiàn)場實施〔三〕大港油田應用情況節(jié)能抽油機試驗情況抽油機常規(guī)抽油機調(diào)徑變矩擺桿皮帶下偏杠鈴雙驢頭懸點最大負荷(KN)120120120120120120沖程(m)5/4.2/3.6/33.4/4.2/54.8/4.2/3.664.8/4.2/3.65/4/3沖次(r/min)2.8464562.745.50--45.542.7654減速箱額定扭距7348或53375348電動機功率(KW)4522或3022373022平衡方式曲柄平衡游梁平衡復合平衡平衡箱復合平衡曲柄平衡地面效率54.4％70.78％85.17％82.35％78.37％節(jié)電率--18%28%42%36%25%節(jié)能抽油機應用參考意見型號優(yōu)點缺點適應油藏條件雙驢頭配件與常規(guī)機通用10型機可實現(xiàn)5米沖程調(diào)參同常規(guī)機對稠油井適應性差中北部常規(guī)油氣藏皮帶機最大沖程達到7.3米、沖次0—4次可調(diào);對扭矩要求較小，可最大限度的利用其額定負荷;平衡易調(diào)整作業(yè)需要移機價格較常規(guī)機高稠油及深抽油井調(diào)徑變距調(diào)參簡便10型機可實現(xiàn)5米沖程配重箱離地面近，需安裝防護欄基本適應大港油田常規(guī)油氣藏下偏杠鈴可作為常規(guī)游梁機節(jié)能改造技術調(diào)參同常規(guī)機基本適應大港油田常規(guī)油氣藏擺桿調(diào)沖程、調(diào)平衡方便滾輪套為易損件需定期更換基本適應大港油田常規(guī)油氣藏復合平衡最大沖程達到6m，具有節(jié)能效果調(diào)參同常規(guī)機適用于各類油井機型選擇：以節(jié)能抽油機為首選，并依據(jù)上表視油井情況確定合理的節(jié)能抽油機類型。最大載荷選擇：依據(jù)懸點最大載荷計算結果，載荷利用率為40～80％之間為合理。扭矩選擇：依據(jù)最大扭矩計算結果，抽油機扭矩利用率為40～80％之間為合理，并考慮后續(xù)加深需要，在同載荷機型中最好選擇較大扭矩的機型。沖程選擇：同系列機型中，選擇沖程最大的機型?！菜摹吵橛蜋C選配原那么技術裝備水平抽油機電機抽汲參數(shù)沖程沖次泵徑抽油機平衡調(diào)整方法技術管理提高機采系統(tǒng)效率對策P入=P有+P損從輸入功率的構成來看：P地+P粘+P滑+P其它P電機+P抽油機電機負載率與電機效率的關系曲線50提高系統(tǒng)效率→降低電機損耗→提高電機效率正常區(qū)域低負載區(qū)域過載區(qū)域大港油田在用電動機負載情況統(tǒng)計統(tǒng)計井數(shù)：349口電機負載率范圍日產(chǎn)液泵深動液面輸入功率有效功率系統(tǒng)效率<40%39.021134.9612.986.7231.60123.8％40～50%59.541136.9666.819.2962.73829.5％>50%124.62940.747914.5364.52731.1％電機處于不同負載區(qū)域系統(tǒng)效率統(tǒng)計表電機功率選擇電機發(fā)熱啟動能力過載能力應用永磁同步電機、雙功率電機等節(jié)能輔助設備可得到改善“大馬拉小車”的現(xiàn)象普遍存在，由于電機選配考慮了更多因素，因此不能徹底鏟除，但可采取有效措施加以改善。突出技術——永磁同步電機

項目啟動轉(zhuǎn)矩與普通異步電機比節(jié)電率負載率低于50%的效率額定效率普通異步電機1.8(倍)——30%-50%80%永磁同步電機3.6（倍）9.6%-27%>90%94%井號安裝前機型安裝后機型安裝前月耗電（kWh）安裝后月耗電（kWh）月節(jié)電（kWh）西49-7Y225M-822KWCXT225M-822KW21741380794西15-83Y225M-830KWCXT225M-830KW528535601725永磁同步電機與常規(guī)異步電機性能比照永磁同步電機安裝前后節(jié)電計量比照〔四〕電機應用需注意的問題電機性能與抽汲參數(shù)優(yōu)化匹配問題以系統(tǒng)效率為設計目標的參數(shù)優(yōu)化原那么：長沖程、慢沖次、合理泵徑在用電機皮帶輪改造增置輔助調(diào)速裝置在用電機增極改造選用較大極數(shù)的電機6極電機通過皮帶輪的加工，沖次可降低到4次8極電機通過皮帶輪的加工，沖次可降低到3次12極電機通過皮帶輪的加工，沖次可降低到2次電機轉(zhuǎn)速電源頻率電機定子磁極對數(shù)電機改極前后的變化1、電機轉(zhuǎn)速變化電機極速增加，轉(zhuǎn)速變慢2、電機軸承運行條件變化電機極速增加，轉(zhuǎn)速變慢，軸承運行條件變化好3、電機額定功率下降在同一口井應用時，電機負載率提高，電機效率提高原功率6極改8極8極改10極8極改12極302425233730312845363834其它油田現(xiàn)場應用情況1999年開始勝利油田臨盤采油廠對舊電機進行增極改造，用于供液較差的油井，經(jīng)現(xiàn)場測試，取得了較好的效果。在保持油井產(chǎn)油量根本不變的情況下，平均電流下降了30％，輸入功率下降了37%，系統(tǒng)效率提高了5%，單井日耗電下降了72KW.H。電機改極的條件工廠生產(chǎn)的系列電機都是綜合各種性能的最正確方案，包括平安性、經(jīng)濟性，進行改極后將造成一些電機性能更加優(yōu)化，一些性能更加惡化。同時，改極一般只適用于鼠籠式異步電機，繞線式轉(zhuǎn)子電機改極時，其轉(zhuǎn)子繞組也要相應改變極數(shù)