抽油井机采系统效率测试分析及应用:抽油机

　　摘 要：机械采油井（简称机采井，其系统称为机采系统）是胜利油田孤东采油厂主要耗能设备，也是采油厂的耗能大户。2010年采油厂油井平均功率因数偏低，只有0.5-0.75。前期采油厂但仍有部分区块由于产能不足，液量低等原因，导致机采系统效率较低，仍有较大的节能潜力。
　　关键词：机采系统　效率测试　调平衡　低冲次　变频
　　1　前言
　　机采井是中石化胜利油田孤东采油厂主要耗电设备，是采油厂的耗电大户。2010年完成机采系统效率测试503井次，分别为常规测试、节能四新项目对比测试及技改项目对比测试等。根据测试数据统计分析，采油厂平均机采系统效率为32.8％，最高51.65％，最低5.02％，10％以下井21口，效率为10％－20％井84口，效率为20％－30％井293口，效率为30％以上井144口。
　　前期采油厂经过永磁电机配套变压器改造、机采井优化设计及节能技术改造等项目，机采系统效率已达到胜利油田较高水平，但仍有部分区块由于产能不足，液量低等原因，导致系统效率较低，机采系统仍有很大节能潜力。
　　2　抽油机井系统效率测试方法
　　2.1现场测试
　　目前机采井系统效率测试主要分为电参数测试及示功图测试，两种测试同时进行。其目的主要是测试输入功率及光杆功率，计算地面效率、井下效率及系统效率。
　　2.2　测试数据采集及分析
　　测试电参数，测试时间3分钟，测试参数主要有输入功率、功率因数、功率平衡度、电参数曲线图等。以GO2-9-51井为例，见图1－图3。
　　
　　3　机采系统评价指标及达标情况
　　机采系统评价指标主要有功率因数、平衡度、系统效率、百米吨液耗电等四项指标，具体测试结果见表1，石油行业机采系统评价指标见表2。
　　表1　2010年孤东采油厂机采系统测试数据
　　表2　石油行业机采系统评价指标
　　由表1、表2可以看出，采油厂机采系统已达到或超过石油行业评价指标。
　　4　现场应用分析
　　4.1调平衡试验及分析
　　针对功率不平衡井进行了调平衡试验，选取了5口抽油机井进行功率平衡度调整，并在调整前后进行了测试（见表3）
　　表3　　机采系统调平衡对比分析表
　　此次调平衡试验5口井中，有3口井有节电效果，有2口井不节电。
　　2口井不节能原因：
　　（1）采用测试数据时间过长，抽油机工作状况发生了改变，平衡调整适用于工作状况稳定的抽油机井。
　　（2）分析电能参数曲线图可知，由于负功出现在曲柄转角0°及360°，此种抽油机调功率平衡度见效不大，不能有效降低负功，所以节能效果不理想（见图4）
　　图4　电参数曲线图
　　4.2　降低冲次，电机中间轴改造实验及分析
　　对于一些供液不足、动液面低、产能低的抽油机井对启动能力要求高，小功率电机无法正常启动。这种类型的井对冲次要求低，一般在2～3次/分左右就能满足生产要求。如果安装大功率电机，虽然满足了启动要求，但会造成大马拉小车现象，功率因数低，浪费电能。对此采油厂进行了节能技术改造，采用原电机安装中间轴方法，既满足了启动要求，也降低了冲次，改造费用也不高。2010年采油厂挑选60口抽油机进行了中间轴节能技术改造（见表4）。
　　表4　低效机采井改造前后系统效率测试数据表
　　安装后中间轴工作状况稳定，由测试结果可以看出改造后节能效果较好。冲次降低了1.8次/分后，液量变化不大，不影响正常的原油生产。输入功率下降了2.49kW，单井日节电60kWh。系统效率提高了5.05%，吨液百米耗电下降了0.841kWh/hm·t，综合节电率达29.8%。该项改造取得了良好的效果，建议今后将对符合条件的抽油机井继续推广应用该项技术改造。
　　4.3　单井变频改造试验及分析
　　孤东采油厂有100余口油井间隙出油，该类型的油井，在正常生产时油井液面较高，产液量也大，油井生产负荷也较大。但在间隙期时，油井液面较低，油井不产液，此时抽油机相当于空载，生产负荷极轻，电机功率因数低，抽油机平衡度低，系统效率下降快，此类抽油机电机作负功，无功损耗极大，电能浪费严重。对此，采用了单井变频技术，应用油井变频后，可以实现抽油机的软起动、软停止，能有效地控制电机的运行和保护电机，延长电机的使用寿命。该技术能将负功转化后回馈电网，既节约了电能，也不会造成电网的污染。同时还可通过频率调整，实现抽油机生产参数的自动调整，提高抽油的负载率及负载平衡度，达到节能降耗的目的。2010年，选取了2口抽油机井进行了改造试验（见表5）。
　　表5　单井变频节电效果对比测试表
　　分析测试结果可知，改造后液量变化不大，输入功率下降，功率因数有了明显的提高，综合节电率分别为29.61%和4.93%，节能效果较好。
　　4.4　电磁调速电机改造及节能效果预测
　　目前采油厂在用的电磁调速电机有80多台，其主要应用于稠油井、泵深井，目的是为了降低冲次，提高启动力矩。在测试过程中，技术人员发现此类抽油机井输入功率高、功率因数低，致使系统效率不高，属于电机配套不合理。统计82台电磁调速机的测试数据汇总分析，平均输入功率11.55kW，平均功率因数0.44，系统效率只有13.89，对此进行改造将有很大的节能潜力（见表6）。
　　表6　电磁调速电机统计分析表
　　为此，经过调研，对此类抽油机井可进行永磁电机的改造，并配套使用中间轴减速器，这样既达到降低冲次、提高启动力矩的目的，也能提高系统效率、节能降耗的目的，改造后节电率将达20%以上。
　　5.5 永磁电机功率因数问题分析
　　在测试过程中，部分永磁电机存在功率因数过低的现象。初步分析原因可能是永磁铁退磁引起的，但根据胜利油田关于永磁电机永磁铁退磁试验结果分析，目前在用的永磁电机产品质量可靠，不存在退磁问题。后来分析测试数据得知，永磁电机工作状况主要与工作电压有关，在测试电机中有82台永磁电机功率因数低于0.85，分析其工作电压，普遍存在偏高或偏低现象。技术人员研究后得知，永磁电机对工作电压精度范围要求很高，必须在一定范围内。由于部分井工作状况或线路进行了改变，而电压发生了改变，所以导致永磁电机功率因数低，功耗高，工作状态不稳。因此，在今后的技术管理中要根据测试数据及时调整电压，提高永磁电机效率。如电压仍达不到要求，则应更换新型的永磁电机专用变压器。
　　5　结束语
　　提高机采系统效率是一项系统工程，今后要进一步加强老油田基础设施改造的力度，对能耗高、制约老油田开发水平提高的站内设施、管网、设备进行调整、更新、改造，应用先进的工艺技术和设备，提高自动化管理水平。同时，要通过实施油层改造，补充能量，完善注采关系，提高油井供液能力。
　　作为能耗大户的机采系统，目前仍有许多节能工作可以做，节能工作仍有很大潜力，只有依托完整真实的测试数据，分析系统的能耗损失，找出节能降耗点，采用先进的节能新技术，才能将先进技术转化为现实生产力，产生更大的经济和社会效益，达到创建节约型采油厂的目的。
　　参考文献
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