优化抽油机井系统,提高机采系统效率_白羽.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 2 期 70 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 2 月 优化抽油机井系统,提高机采系统效率 优化抽油机井系统,提高机采系统效率 白 羽（大庆油田第四采油厂油田管理部，黑龙江 大庆 163000）摘 要：摘 要：为了提升油田抽油效率与提高油田开采工作，针对抽油系统进行了全方位的检测与测验。研究发现，抽油效率之所以不高，是变频设备的性能较低，同时缺少及时的平衡度调整，不同油田的沉没度与配备的油井泵排量不匹配，缺少针对性，从而影响了抽油效率。经过分析研究后发现诸多原因，笔者从抽油机的技术层面与对应的管理层面进行优化，以案例来进行节能研究分析工作。关键词：关键词：抽油机井；系统效率；机采系统 我国利用大部分的油田主要利用机械抽油方式进行资源采集，但是很多设备的工作效率很低，使得油气生产及二次加工的成本大幅度上升，因此，针对该问题，有必要在初始采油环节提高机械工作效率，从而降低耗能，减小开采成本问题。机械采油系统的效率与能耗受到很多因素的影响，笔者针对机械采油系统的耗电因素及生产因素两个方面展开研究，分析得到影响机械采油能耗与效率的方式与原因，进而提出对应的优化方案。1 机采系统效率节能潜力分析 1 机采系统效率节能潜力分析 针对机械采油系统的耗电因素及生产因素开展性能研究，总结分析得到影响机械采油系统的因素，一共五个方面，如下所示：1.1 部分电动机功率因数较低（1）研究发现，机械采油系统利用的电动机主要为永磁同步电动机、电容器电动机等，针对电机的功率因数进行分析总结，发现，多种类型的电动机，其具备的功率因数不同，同时适用的场景也不同。其中永磁同步电动机的电动机功率因数最大，其次排序分别为变频器电动机、电容器电动机、三相异步电动机。可以发现，三相异步电动机功率因数最低，著主要是因为三相异步电动机没有磁场保持功能，只能耗费部分的动力生成磁场，而功率因素较高的永磁同步电动机等不需要额外的动力来生成磁场，只需要通过内置的磁贴来生成。电容补偿柜通过内部安装的电容来平衡电感负载生成的感抗，从而提高装置功率。在油田之中一般安装三相不可控元件，主要为变频器，约为0.65的功率因数。虽然安装变频器电动机的功率提高，但是会生成谐波频段，不过该因素一般对于系统功率的影响较小，可以忽略。（2）在机械采油系统中的节能设备应用范围过小，机械采油系统的设备功耗主要通过内部的节能技术装置来减小，而大部分的抽油机都是使用时间较长的老设备，内部设置的节能装置过少，进而导致整体的功率能耗变大。（3）机械采油系统的内部节能装置不能够稳定运行，笔者在分析的过程中发现，节能产品会出现功能障碍等多种问题，如永磁电动机容易出现磁场小腿，电势点发生偏移等问题，并且电容器经常发生容量不足等故障。1.2 部分变频应用缺乏针对性 当抽油机井的频率超过45 Hz时，再利用变频器进行参数调节的效果就很不明显了，同时由于设备的故障问题，反而还需要维修这些易发生故障的节能设备，增加了成本，同时当抽油机井的频率小于20 Hz时，变频器则需要超负荷工作，损耗提高，系统的功率升高。因此，如何提高变频设备在抽油机井中有针对性地应用是决定机械采油系统功率的关键，变频器的使用需要因地制宜，不同的设备设置不同的变频装置。1.3 平衡度存在问题（1）抽油机的平衡度调整的不够精确，抽油机的平衡度影响了抽油机的抽油效率，能够大幅度降低能耗，同时提高设备稳定工作性能，提升装置工作寿命，笔者研究发现，目前机械采油系统的平衡度调整不够具体，不够及时。（2）机械采油系统的平衡度调整标准需要改善，当前的很多采油机构都使用最大电流法来评估平衡度的准确性，而该方法已经不适用于目前的系统。针对游梁式抽油机，评估方法应当使用最大功率法进行平衡度确定，确定70%130%的平衡范围。而针对皮带式抽油机，使用平均功率法进行平衡度确定，确定60%160%的平衡范围。1.4 部分油井沉没度不合理 多数油井的沉没度判断不准确，沉没度较高时，使得抽油机的功效先变高，后降低，在200500 m的沉没度时，抽油机的效率达到最大，而随着沉没度逐渐降低，抽油泵的充满度减小，可能会出现气锁现象。当沉没度太大时，抽油机的静液柱及抽油杆柱载荷提高，使得抽油效率降低，因此确定最优的沉没度对于机减小系统功耗具备重要的意义。1.5 部分油井泵排量系数偏低 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.016 白 羽：优化抽油机井系统,提高机采系统效率 71 部分油井泵的排量系数较小，使得系统的工作效率较低，并且有效的功耗耗能提高，而产出的油液量较小，整个设备的效率低下。泵排量的系数以0.4为分界线，从而表现出不同的增长曲线，当小于0.4时，系统效率与泵排量系数呈现正相关的增长，而大于0.4后，两者的影响关系程度减小。2 机采系统效率提高措施 2 机采系统效率提高措施（1）首先利用计算机信息管理技术，将有效的资源进行整合分配，构件机械采油系统的信息指标管理平台，提高能耗管控系统，提出各项指标与考核体系，建立充分注重采油指标与能耗指标的评价体系。从整体层面、系统层面对节能产品进行广泛的使用与建造，对井地下、井筒、地面等进行优化改造，降低油井能耗。（2）提高永磁同步电动机等节能产品的应用占比，从而整体提高机械采油系统的效率，降低机械采油系统的能耗。（3）节能产品虽然容易出现多种故障而导致运行不够稳定，但可以利用自动有载调压技术及PCS 管理平台对节能产品进行管控，管理供电电压，保障节能产品的稳定运行状态，提高电容补偿维护占比。（4）变频器的针对性使用问题，可以通过专项的测试研究排查工作，检测得到不同工况油井是否适合变频器的应用，例如，针对油液量变化较小，并且原油性质稳定的油井，使用变频器；而对于冲速大于1.2 min-1的油井，则有必要不利用变频器，而是更换低速电动机。（5）针对游梁式抽油机，评估方法应当使用最大功率法进行平衡度确定，确定70%130%的平衡范围。而针对皮带式抽油机，使用平均功率法进行平衡度确定，确定60%160%的平衡范围。（6）通过改善泵挂深度、分析实际的油井工况而对油井沉没度做出有效的调成，使其保证在200500 m 的合理沉没度范围之内，以此保障油井的工作效率与能耗。（7）泵排量的系数以0.4为分界线，从而表现出不同的增长曲线，当小于0.4时，系统效率与泵排量系数呈现正相关的增长，因此可以通过降低冲速等措施来保障确保泵排量系数在0.4 以上。3 加强油井现场管理工作 3 加强油井现场管理工作 油井在开采过程中，制定合理的管理标准与机制，这有利于提高机械采油的整体工作效率，同时重视人才培训机制，充分发挥管理员与现场员工的管控功能，提取各个油井数据，规范操作员的工作方式与流程，以最小的培训投入来提高机械采油系统的工作效率。每日对抽油机进行电流测量、电压测量等，准确掌握抽油机的相关信息参数，在生产过程中及时发现问题并快速解决故障，保障机械采油设备的工作效率。每日针对机械采油设备的皮带、抽油设备、参数、平衡度、调盘根盒松紧度等进行调控监测，有效的预测故障的发生与检测故障，实行严格的检修流程，减小设备发生故障的机率，提升设备生产周期，提高整体的工作效率。研究发现，设计0.81 范围内的上、下冲程电流比值是能够最大降低能耗的参数，而一般的抽油机很难达到该效果，所以需要额外安装精确电流比值调整设备，使得抽油机满足该数据范围，从而进一步减小系统能耗，提高系统功率。井下抽油机的工作过程中，对于油层结构以及注入端口的优化工作也需要得到重视，这些因素能够很大程度上影响抽油机发挥的工作效率。因此，针对油层发育情况与地形走势，分析注入端的位置等治理措施，能够使得油层具备高效的供液能力，从而充分发挥抽油机的采出能力，进一步提高机械设备的工作效率/4 结 论 4 结 论 笔者针对目前机械采油设备系统中面临的变频器问题、电机功率因数问题、平衡度问题、油井沉没度问题、油井泵排量系数问题等进行了详细的研究分析，总结出了改善上述影响因素的方式与措施，从电参数及生产参数两个方面对机械采油系统进行全方位的优化，同时借助信息管理，对机械采油系统的各参数实现检测功能，两者结合共同提高工作效率。参考文献 参考文献 1 张兴龙.塔架式抽油机试验区频繁停机问题及解决方法J.化学工程与装备,2022(02):87-88+84.2 黄岩松,陈鹏,高腾飞.抽油机井机采系统效率研究以南湾采油队为例J.内蒙古石油化工,2021,47(12):114-116.3 王鑫.塔架式抽油机发展历程及规模应用的经济效益评价J.石油石化节能,2021,11(12):45-47+11.