采油设备节能降耗实践探讨

2022-09-10

前言

随着对能源的不断使用, 我国的能源缺口已经开始显现, 石油石化企业作为能源消耗的大户, 对石油开采设备进行技术创新以及节能改造, 对于能源的可持续利用以及企业的发展有着非常重要的意义。然而采油难度在不断加大, 因此应该对传统的采油设备结构进行改造, 不断改进采油工艺及技术, 引进新型的节能型采油设备, 以促进采油效率的提高。

一、采油设备现状分析

目前我国大部分油田的石油开采都采用机械开采的方式, 油田中所使用的采油设备主要有游梁式抽油机、潜油电泵、皮带机、直线电机抽油机以及螺杆泵等, 根据不同的地质条件以及技术条件, 采用不同的采油设备。其中油田中最常见也是最普遍使用的是游梁式抽油机。

游梁式抽油机又称为“磕头机”, 发展已有逾百年的历史, 绝大多数的油田在对油井进行开采时, 都采用游梁式抽油机。该种抽油机具有安装操作灵活方便、结构复杂性小、可耐久使用、零部件不易损坏、使用可靠、维修保养简便等诸多优点, 因此在全世界范围内都得到了大规模的应用。然而这种抽油机不仅能量消耗大, 而且效率也比较低。有数据显示, 国内油田采用游梁式抽油机采油的一般水平为12%到23%, 采油水平稍高一点的地区为30%左右, 即使是采油效率较高的国外地区, 其采油水平也不超过50%。

随着注水开采力度的加大, 我国的油田发展大多都已经进入了高含水期, 要不断增大产液量, 才能保证原油产量的平稳发展, 这同时也给原油开采增加了难度。游梁式抽油机冲程较小, 不能满足不断提高的原油开采要求, 在地质条件较为复杂的地区, 容易出现抽油困难、受到机械冲击巨大而损坏等问题。该种抽油机的电动机功率一般较大, 而抽油时的负荷较小, 因此存在着“大马拉小车”能量浪费的现象。

二、采油设备节能降耗方法探讨

1. 完善采油设备管理制度

一些石油石化企业往往只注重采油设备的采油效率, 而忽略对其的维护以及保养, 加上采油设备工作的连续性以及周期性, 这样就容易导致检修工作人员检修工作态度不积极, 维护保养工作不到位, 这样不利于采油设备寿命的延长, 使其故障率上升, 机械磨损增加, 节能降耗也就只能成为空谈。应该针对采油设备建立一套完善的管理制度, 增强工作人员的维护观念, 从思想上重视采油设备的保养, 加强采油设备的定期检修, 减少故障的产生, 保证设备长周期高效运行。

2. 引进新型高效采油设备

连续抽油杆重量轻, 能够降低螺杆泵的压力降, 减少机械磨损的程度, 具有较快的下水速度, 在容易发生故障的油井中使用时有较高的经济效益, 美国Inglewood油田使用之后, 节省了近33%的费用。

超长冲程稠油系统的综合效率为60%左右, 高于常规抽油机的系统效率, 能节省近一半的电能消耗, Phillips公司对其试验了三年的时间, 故障发生率仅为0.56次每年每单井。

3. 对抽油机进行节能改造

目前常见的几种节能型抽油机主要有直线电机式抽油机、渐开线抽油机、双驴头抽油机以及异相曲柄平衡抽油机。根据我国实情, 对游梁式抽油机进行全部更换是不现实的, 应该在原来的机构基础上进行改造, 适当的添加节能型抽油机。长庆石油勘查局第二采油厂采用改造之后的节能偏置抽油机之后, 电能耗量减小了8%到14%, 而原油产量增加了3%左右。

长庆油田自主开发的数字化抽油机, 是在常规抽油机的基础上设置了传感器、油井参数采集模块、控制模块等, 采用了智能控制技术、平衡自动调节技术、最佳冲次自动判断和调整技术以及无基础宽底座安装技术, 具有高效智能且节能的优点。经过对比之后得出, 有功及无功的节电率分别为35.9%和71.85%, 抽油机的运转效率提高了8%左右。

4. 研发新型电动机

游梁式抽油机中使用的电动机一般为异步电动机, 由于驴头以及平衡装置的上下往复运动, 所以电动机的负荷也是随着往复运动而发生连续的周期性变化的。随着抽油杆的不断运动, 功率、电流等都会发生改变, 将启动、最大转矩等因素综合考虑, 会将其容量设计的比实际所需大, 这不利于电动机效率的提高, 存在严重的能源浪费现象。因此应该研发新型的电动机, 提高电动机的使用效率, 降低能耗。

目前新型的节能电动机有开关磁阻电动机、永磁同步电动机、变频调速电机以及超高转差率电动机等。开关磁阻电动机机械损耗较小, 速度的调节范围较大, 能够对扭矩信号检测, 从而对抽油机进行闭环操控, 减小扭矩的上下波动, 降低零部件的相互磨损程度, 促进抽油机更加平稳的运转。胜利油田在将该种电机应用到抽油机之后, 耗电量从1.2千瓦时每百米吨液降到了0.5千瓦时。超高转差电动机是专门匹配游梁式抽油机的电机, 能够将悬点的加速度降低, 减少输入功率, 平缓功率的上下波动。长庆石油勘探局在采用该种电动机之后, 无功功率降低了40%到60%, 启动电流的平均值降低了近一半, 每单位的产液量电能平均消耗量下降了四分之一。

5. 采用节能电控装置

在对抽油机进行改造时, 可运用节能电控技术有效减少电能消耗。近年来, 节能电控装置以其低投入、高效节能及方便使用等优点受到重视并在油田生产中得到广泛应用。目前常用节能电控装置有继电接触器、变频调速器和采用间抽控制器。继电接触器通过改变定子绕组的接法, 满足了抽油机启动与正常运行时不同的电压要求, 减少电能消耗;为实现油井间开常采用变频调速器, 根据现场工况调节频率, 电动机的转速也随之改变, 既可达到节能的目的又可提高采收率;间抽控制器可通过传感器检测抽油机的工作状态, 并根据井下液量控制抽油机的启停从而避免空抽, 节约了电能。