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优化节能措施降低机采井耗电

文档作者：张伟利文档来源：大庆油田有限责任公司第十采油厂		点击数：	更新时间： 2022年11月29日
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一 Management&amp;amp;Practice
优化节能措施降低机采井耗电
张伟利(大庆油田有限责任公司第十采油厂)
摘要 随着油田开发时间的延长，低效井逐年增多，该区块电能高消耗现象严重、通王土对
彩响机采井耗电和系统效率的地面系统和井下系统进行分析研究， 找出影响系统效率的因素；
根据产液量稳定的基本原则， 制定节能设计方案， 采取可行的措施，提高抽油机系统效率， 从
而达到节能降耗的目的 对新产能并地面拖动装置进行优化， 同时对老井采用新型节能电动机
及抽油机减速装置， 对检泵井并一F系统进行优化，取得了一定的节能效果。
关键词 机采井 优化 效果
DO J：1 0 3969／ j ssn 2095-1 493 201 1．09 020
抽油机举升是人工举升的主要方式，采取有效
的节能措施，提高其系统效率，可使投入产出比增
加，在提高能效的同时获得更高的经济效益。抽油
机系统效率受多方面因素的影响，做节能优化设计
首先要对各种影响因素进行研究，找出对系统效率
影响最大的因素。根据产液量不降的基本原则，制
定节能设计方案，采取可行性的措施，提高抽油机
的系统效率，从而达到降低机采井耗电的目的。
1 影响系统效率及耗电因素
1 1 地面系统影响
1．i．1 冲速对系统效率及耗电的影响
抽油机丁作时，电动机的负荷变化较大，并且
电动机的平均输出功率不但与电流有关，更重要的
是与电动机的负荷变化周期有一定关系。冲次与电
动机负荷周期变化是相对应的；能量在减速箱中的
传递通过齿轮完成，一般情况下，I对齿轮传动功
率损失约为2％ ，抽油机减速箱3对齿轮传动损失
共为6％ ．．抽油机的冲速每增加一次，能量经过3
对齿轮传递后，减速箱的机械效率会降低I．5％ ～
2．0％；抽油机的四连杆机构的能量损失主要包括轴
承损失，钢丝绳的变形损失。通常情况下，抽油机
的四连杆机构装置能量损失为7．5％ ～12．5％ ，若增
加1个冲速，能量在该处的损失会增加3．0％左右；
光杆运动速度增大，功率损失也随之增大，系统效
作者简介：张伟利， 毕、【 于大庆石油学院， 助理r 程师 从事安1牟=
竹 l件，E-amil：rlull一1@PeIr0rhina ，m． n，地址：大庆油IH第
1 采油厂筇』 油矿，166405
4,q WWW．syshjn．corn
率降低。总之，在确保产量的前提下尽可能地降低
冲速，适当增大冲程能有效提高系统效率。
1．1．2 不平衡度及负扭矩对系统效率的影响
由扭矩曲线可直接得到上下冲程中的高峰扭矩
值和负扭矩值与曲柄转角的范围。抽油机不平衡状
态对系统效率影响分析，通常是以上下冲程高峰扭
矩峰值相等为标准来判断抽油机的工作状况，在实
际生产中，不可能经常保证上下冲程扭矩峰值完全
相等，只要Md ／M ≥0．85，抽油机就能保持
良好的平衡状况，扭矩曲线可以求得减速箱的平均
输出功率，由于根据悬点载荷计算扭矩时，忽略了
从悬点到曲柄的传动效率，所以，根据扭矩曲线求
得的功率也就是光杆功率。将该功率除以抽油机效
率可得电动机输出平均功率，通过实际计算叮以得
出抽油机在不平衡状态下工作电动机输出功率会增
大，系统效率降低。
1．1．3 电动机机械特性不同直接影响系统效率
电动机的损耗可分为两大类：一是可变损耗，
二是不变损耗。不同类型电动机南于内部结构及原
理不同损耗不同，直接影响机采井耗电和系统效
率。电动机的效率及功率因数都在额定功率附近时
达到最大值，因此选用电动机时应使电动机的容量
与负载相匹配。
1．2 井下系统影响
抽油杆柱与液体间的黏滞摩擦功与下泵深度、
原油黏度、抽油杆运动速度的平方成正比 随着下
泵深度的增加，摩擦损失功率增大，导致系统效率
的下降；原油黏度的变化主要体现在摩擦载荷和沿
程压力损失上，随着原油黏度的增加，液体摩擦力
增加，悬点的最大载荷增加而最小载荷减小，载荷
变化幅度和示功图面积都增大，功率消耗增加，从
而导致系统效率降低⋯。
2 优化节能措施， 降低耗电
通过以上分析，可得知对抽油机系统效率影响
的因素。对于抽油机井节能优化设计来说，必须先
对抽油机井的生产状况及时分析，找出影响系统效
率的因素，在不影响产量的前提下，根据现场实际
情况，调整参数，优化软件得出合理的优化方案。
2．1 根据优化结果采用新型过渡轮装置下调冲速
过渡轮装置工作原理：在电动机轮和抽油机皮
带轮中间安装一个减速装置，减速装置有两个同轴
同步减速轮，电动机轮直接带动大轮达到降低转速
的目的，减速器小轮带动抽油机皮带轮，相当于下
调电动机输出转速，达到降低冲速的目的。该装置
分两种型号，分别是400／200和300／180，可以把原
井4 r／rain和3 r／rain的冲次下调到2 r／min，采用滑轨
固定在抽油机底座，4 700 mm和2 300 mm双皮带
传动，可定期注润滑剂进行保养。
过渡轮装置选择产液量在0．5 t以下、小层连通
性相对较差、系统效率偏低的特低效井进行安装，
取得了较好的节能效果，安装前后对比，综合节电
率达到9．4％，平均单井日节电12．0 kwh，平均系统
效率提高1．40个百分点。
2．2 优选新型节能电动机，提高系统效率
2．2．1 老井采用YCHD高转差率双速节能电动机
随着油田开发时间的延长，低效井逐年增加，
老井产液量下降；作业过程中泵挂上提，电动机负
荷降低。电动机的效率及功率因数都在额定功率附
近时达到最大值， 因此，选用适当电动机使电动机
的容量与负载相匹配是非常重要的。YcHD225—
12／8型高转差率双速节能电动机采用两种输出转速，
分别为462／698(r／min)，对应额定功率分别为7．5／
15(kW)，更换配套电动机轮可按要求调整冲速。
因此，可以根据单井实际变化情况随时调整适当的
额定功率和冲速，在控制箱内直接转换转速开关档
位，改变转速时，必须停机后才能改变转换开关
“s” 档位，避免电流突变造成电动机损伤。另外，
电动机具有7％的转差率和2．75倍的堵转力矩，有
利于抽油机在启动和井下遇阻时减少减速箱和抽油
杆所受的冲击载荷，有利于降低抽油机故障率。
在老井选取电动机消耗功率小于7．5 kW的低效
管理·实跬 I
井进行安装，到目前共更换安装YCHD高转差率双
速节能电动机20台套。更换前后对比，平均单井
实耗功率由5．40 kW下降到4．80 kW，综合节电率达
到11．1％ ，平均单井日节电14．4 kwh，平均系统效
率9．2％，提高2．3个百分点。
2．2．2 优化产能井地面拖动装置
针对新产能井低效高耗这一问题采用新型节能
拖动装置，起到了突出的节能效果。南区块投产新
井27口，采用TNM系列稀土永磁电动机一体化装
置。该装置采用电流无功补偿技术，无功电流在电
动机处交换，能有效提高电动机功率利用率，与普
通Y系列异步电动机比较有较高的节电率。统计27
口新井，单井平均实耗功率4．40 kW，和老井平均
实耗功率5．50 kW 对比， 平均单井日节电26．4
kwh，节电率20．0％ ，平均系统效率10．1％ ，提高
3．1个百分点。
北区块投产新井115口，采用LP／CJT一体化节
能拖动装置，该装置是由JFD系列控制箱与CJT系
列电动机组成，具有两种功率输出形式，通过高低
速转换开关来实现输出功率形式交换，高档转速
700 r／min，对应冲速是4次，输出功率为17 kW；
低档转速450 r／rain，对应冲速是3次，输出功率为
12 kW；该装置装有补偿电容，可有效降低电动机
本身铜损、铁损，达到节能和提高系统效率的目
的。统计1 15口新井，单井平均实耗功率5．0 kW，
和老井平均实耗功率5．5 kW对比，平均单井日节电
12．0 kwh，节电率9．1％，平均系统效率8．6％ ，提
高1．6个百分点。
2．3 优化井下系统， 降低油井负荷
2．3．1 上提泵挂深度
影响油井负荷的井下因素主要包括泵挂深度和
井筒阻力。下泵深度越深，杆柱及液柱重量增大，
功率消耗增加，抽油杆柱与液体间的黏滞摩擦功与
下泵深度、原油黏度成正比，原油黏度的变化主要
体现在摩擦载荷和沿程压力损失上，应用摩擦载荷
计算和压力分布计算分析研究，随着原油黏度的增
加，液体摩擦力增加，悬点的最大载荷增加而最小
载荷减小。某地区井底流压均低于饱和压力，当压
力降低到一定界限，井底附近油层原油脱气严重，
黏度升高。通过对油井最低允许流动压力公式得出
上提泵挂靠近合理流压，降低原油黏度，从而降低
杆柱及液柱重量，减少摩擦阻力，降低油井负荷。
老井根据实际情况泵挂上提顶界20～50 m， 目前老
井已完成泵挂上提工作，平均理论载荷下降1．4
2ol 1年第 期石油石化节能』49
I Management&amp;amp;Practice
kN，平均最大载荷下降2．2 kN，收到明显效果。
2．3．2 高黏度井采用强磁防蜡技术
工作原理：原油是抗磁物质，当以一定的流速
通过特殊磁路设计的强磁场时，分子产生透导磁
矩，此磁矩与外磁场相反，因而使原油进人磁场时
克服磁场力。南于原油中各种组成的分子质量和磁
矩不同，进动角速度也不同，磁场强度越高，进动
角速度越高，使不同分子问距离拉大，作用力减
小，有利于降黏。同种蜡分子的进动角速度相近，
在磁场力的作用下，沿磁场方向排成分子串，相邻
分子串由于排列方向相同，极性相同，互相排斥，
当各分子串分别结晶后，由于分子中的束缚电荷被
“中和”，静电引力大大削弱，分子串间就不易再结
合成大网络状晶体大蜡晶，不再吸附到油管壁上形
成蜡层，从而达到防蜡的效果。强磁防蜡降黏器有
效期10年，单价1．9×10 元，资金投入远远低于日
常加药维护费用。
3 优化节能措施效果
1)过渡轮平均单井年节电3 066 kWh。
(上接第42页)
下变压器有2 118台，SJ1、SL1系列的变压器163
台。同时，由于设备老化，部分机泵设备的运行效
率较低。随着年限的增加，其运行能耗也会日益增
加，地面系统节能的矛盾日益突出。
3 节能工作重点
面对节能T作的严峻形势，要继续坚持“地下
与地上～ 体化、技术与管理协同化、能效与效益最
大化” 的节能工作思路，完善立体节能模式，加大
科技节能力度，深挖管理节能潜力，营造全员节能
氛同。抓住制约油田节能工作的主要矛盾，继续提
高用能效率、优化用能结构，加大成熟技术规模应
用力度，努力实现“综合能耗三年不升” 的目标。
1)在注水系统开展管网优化、泵减级等技
术，在系统降压上下功夫，力争年均控制综合能耗
上升0．1×10 t标煤。
2)在集输系统降低布站级数，推广单管集油
工艺、太阳能供热技术，深化常温集油工艺，在
“关、停、并、转、减” 上下功夫，力争年均控制
综合能耗上升0．1 X 10 t标煤。
3)在供配电系统开展电网优化运行技术研
究， 大面积推广节能型变乐器，合理规划供电半
50 i WWW．syshjn．COm
2)高转差率双速节能电动机平均单井年节
电3 679．2 kWh。
3)稀土永磁电动机一体化装置平均单井年节
电6 745．2 kWh。
4)利普一体化节能拖动装置平均单井年节
电3 066 kWh。
4 结论与认识
1)通过优化地面系统和井下系统可有效提高
油井系统效率，达到降低耗电的目的。
2)高黏度、大负荷运转的井点可采取特殊防
蜡降黏的井下工具，达到降低负荷的目的。
参考文献：
[1]徐国民．孙慧峰．抽油机井节能设备优化配置研究[J]
节能技术．2001，1 9(106)：4-9．
(收稿日期：2011-10—081
径，在降低线路损耗上下功夫，力争年均控制综合
能耗上升0．05 X 10 t标煤。
节能管理要优化节能工作体系，完善节能工作
机制，细化量化目标考核。
1)重点抓好节能目标责任制管理，建立和完
善自我激励和自我约束机制，探索节能指标“一票
否决制和问责制”，完善节能工作长效机制。
2)深入开展能效对标工作，力争喇嘛甸油刚
所有站队达到节能标准，通过横向、纵向对标，及
时发现喇嘛甸油田在能源利用方面的不足，明确节
能攻关方向。
3)延伸电力分级计量管理考核，将生产辅助
单位的电力消耗逐步纳入到考核中来，进一步精细
节能管理。
4)拓展生产运行过程中能耗节点标准的范
围，研究界定喇嘛甸油田所有用能设备的耗能标
准，深挖管理节能的潜力。总之要始终抓住节能丁
作主动权，超前制定运行计划、控制方案，采取有
效措施，始终保持节能管理工作的主动态势，力争
在管理方面实现年控制综合能耗上升0．1×10 t
标煤

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