機采節(jié)能新技術

2015年7月機采節(jié)能新技術

一、機采節(jié)能新技術概要二、地面設備節(jié)能技術三、井下設備節(jié)能技術四、機采系統(tǒng)節(jié)能技術理論研究五、機采節(jié)能軟件系統(tǒng)匯報提綱一、機采節(jié)能新技術概要機械采油系統(tǒng)構成：抽油機抽油桿抽油泵抽油機井的耗電量約占油田總耗電量的30-35%。我國抽油機的保有量在10萬臺以上，電動機裝機總容量有3500兆千瓦，每年耗電量逾百億千瓦時。在我國抽油機的平均運行效率為25.2%，而國外平均水平為30.1%，年節(jié)能潛力可達幾十億千瓦。二、地面設備節(jié)能技術電動機及節(jié)能控制器游梁式抽油機無游梁抽油機（一）（二）（三）（一）游梁式抽油機二、地面設備節(jié)能技術常規(guī)型抽油機平衡方式：曲柄平衡，游梁平衡，復合平衡。節(jié)能方式：開發(fā)新型節(jié)能抽油機；提高抽油機平衡度；減小減速器輸出軸扭矩波動；提高電機功率因數(shù)來實現(xiàn)節(jié)能。

常規(guī)型抽油機幾何參數(shù)優(yōu)化前后性能對比二、地面設備節(jié)能技術彎游梁變位變矩型抽油機二、地面設備節(jié)能技術1驢頭；2游梁；3尾軸承；4游梁平衡塊；5連桿；6曲柄及平衡；7減速器；8電機；9支架軸；10支架；11底座

常規(guī)抽油機扭矩曲線彎游梁抽油機扭矩曲線彎游梁抽油機游梁后臂長度變化與載荷變化曲線二、地面設備節(jié)能技術二、地面設備節(jié)能技術彎游梁抽油機節(jié)電效果下偏杠鈴型抽油機二、地面設備節(jié)能技術二、地面設備節(jié)能技術調(diào)徑變矩型抽油機二、地面設備節(jié)能技術1底座；2游梁體；3橫梁；4支架；5游梁支撐；6吊臂；7配重箱；8圍欄；9工作平臺；10底座；11電動機；12配電柜；13剎車；14減速器；15支撐裝置；16連桿；17曲柄；18懸繩器；19基礎

雙驢頭型抽油機二、地面設備節(jié)能技術1前驢頭；2鋼絲繩；3光桿卡具；4懸繩器；5游梁；6平臺；7支架；8曲柄裝置；9底座；10沖程微調(diào)裝置；11后驢頭；12驅(qū)動繩；13保護繩；14橫梁；15連桿；16曲柄銷裝置；17減速器；18剎車保險裝置；19電機；20剎車裝置

異相型游梁抽油機二、地面設備節(jié)能技術1游梁；2驢頭；3懸繩器；4支架；5底座；6連桿；7平衡塊；8曲柄；9輸出軸；10減速器；11皮帶輪；12電機；13底座

異相型抽油機和常規(guī)型抽油機扭矩因數(shù)對比

二、地面設備節(jié)能技術二、地面設備節(jié)能技術相位平衡的叢式井抽油機二、地面設備節(jié)能技術二、地面設備節(jié)能技術數(shù)字化抽油機二、地面設備節(jié)能技術二、地面設備節(jié)能技術常規(guī)彎梁變矩抽油機數(shù)字化改造測試結果：有功節(jié)電率為34.90%，無功節(jié)電率67.35%，綜合節(jié)電率為34.83%。抽油機系統(tǒng)效率為19.86%，比以前提高了5.5%以上。二、地面設備節(jié)能技術（二）無游梁抽油機二、地面設備節(jié)能技術曲柄滑塊叢式井抽油機二、地面設備節(jié)能技術二、地面設備節(jié)能技術長沖程液壓平衡抽油機二、地面設備節(jié)能技術機械換向長沖程抽油機二、地面設備節(jié)能技術二、地面設備節(jié)能技術螺桿泵采油試驗區(qū)塊試驗井口井口數(shù)量一大隊鄭860-7、鄭860-9、鄭864-3、鄭868-3、鄭868-6、鄭869、鄭869-3、鄭87、鄭873-1、鄭90、鄭93等26二、地面設備節(jié)能技術螺桿泵和抽油機能耗費用對比序號井號采油方式動液面（m）產(chǎn)液量(m3/d)泵掛（m）電流

(A)電機功率（KW）有功功率（KW）日耗電（KWh)噸液百米耗電(kwh/100m.t)1鄭860-9螺桿泵15964.71175017-21157.98191.52.58抽油機4.71175135/322213.3319.24.302鄭864-3螺桿泵81013.09115019-20157.6182.41.35抽油機14.12110535/302213.3319.22.273鄭869-3螺桿泵75412.45105016-17156.46155.041.31抽油機10.22114736/332213.68328.323.114鄭873-1螺桿泵15887.02173817-20157.6182.41.66抽油機8.1175036/332213.68328.322.575鄭93螺桿泵12976.97140016-17156.46155.041.23抽油機16.58145036/332213.68328.321.51平均噸液百米耗電螺桿泵1.626平均單井對比能耗螺桿泵低于抽油機1.126kwh/100m.t，螺桿泵與抽油機對比節(jié)電率為46.6%.抽油機2.752注:螺桿泵與抽油機電機電流、功率來自現(xiàn)場發(fā)來數(shù)據(jù)kwh/100m.t二、地面設備節(jié)能技術（二）電動機及節(jié)能控制器二、地面設備節(jié)能技術節(jié)能電機：低速電機（Y180L-8）高轉(zhuǎn)差率電機永磁同步電機高起動轉(zhuǎn)矩電機節(jié)能配電箱：電容動態(tài)無功補償可控硅調(diào)壓軟起動變頻控制器目的：去發(fā)電、平曲線、提高功率因數(shù)二、地面設備節(jié)能技術抽油機智能控制器（HBN-T4-37GY）二、地面設備節(jié)能技術定筒式頂部固定桿式泵定筒式底部固定桿式泵三、井下設備節(jié)能技術動筒式底部固定桿式泵桿式泵采油工藝1---閥桿總成，2---機械頂部鎖緊支撐接頭，3---機械頂部鎖緊支撐閥件，4---泵筒總成，5---柱塞總成25-110RHAM-AC4.5-1.2-0.6-0.6頂部固定桿式泵總裝配圖三、井下設備節(jié)能技術桿式泵結構設計4500桿式泵采油試驗效果分析

2口桿式泵井中單井日節(jié)電最高達21.36KWh，最低為14.88KWh，平均節(jié)電18.12KWh；單井節(jié)電率最高達17.9%，最低為15.0%，平均節(jié)電率為16.5%。試驗用桿式泵泵徑較小，與地層供液相協(xié)調(diào)，從施工后地面示功圖可看出，泵充滿度明顯改善。相對于管式泵，由于修井作業(yè)時不用起下油管，因此桿式泵檢泵作業(yè)費用減少40%，實現(xiàn)了運行費用減少30%的預期目標。三、井下設備節(jié)能技術直線電機柱塞泵采油工藝1、系統(tǒng)構成地面變頻控制裝置井下磁力直線電機柱塞抽油泵鎧甲電纜配套專用作業(yè)工具三、井下設備節(jié)能技術1－油管；2-套管；3-壓力計；4-柱塞泵；5-直線電機；6-扶正器；7-井口；8-鎧甲電纜

直線電機柱塞泵采油試驗效果分析

2口直線電機柱塞泵采油井中單井日節(jié)電最高達42.44KWh，最低為41.52KWh，平均節(jié)電41.98KWh；單井節(jié)電率最高達87.4%，最低為85.8%，平均節(jié)電率為86.6%。節(jié)電效果明顯的原因主要是由于直線電機間歇供電，只有柱塞泵在上下沖程運動期間供電，其余時間不供電，占空比為1/6，因此用電量大幅減小。由于直線電機柱塞泵采油徹底解決了桿管偏磨問題，油井作業(yè)費用降低，同時由于節(jié)電效果明顯，年節(jié)約電費1.54萬元，因此直線電機柱塞泵運行費用和有桿抽油系統(tǒng)相比，運行費用節(jié)約61.7%，實現(xiàn)了運行費用減少30%的目標。三、井下設備節(jié)能技術（三）無油管空心抽油桿采油工藝1、結構及工作原理三、井下設備節(jié)能技術井口空心抽油桿液力反饋泵

無油管空心抽油桿采油做為一種新的采油技術，與常規(guī)采油工藝相比去掉了機械采油中的油管，完善了常規(guī)有桿泵采油技術。2、液力反饋泵設計三、井下設備節(jié)能技術1-套管2-懸掛器3-閥球4-泵筒5-油層6-密封裝置7-柱塞8-空心管圖5-2液力反饋泵無油管采油示意圖

柱塞下行，容積增加柱塞下行，容積減小3、性能特點三、井下設備節(jié)能技術

提高泵效：利用空心抽油桿代替普通抽油桿，抽油桿柱剛性提高；另外無油管的伸縮量，會增加柱塞的有效行程；無泵筒和柱塞間隙的漏油，無液柱回壓漏油。不使用油管，減少了桿管偏磨，減少了作業(yè)量。該裝置不僅適用于低產(chǎn)井的開采，還可用于小井眼及部分套變井的生產(chǎn)。三、井下設備節(jié)能技術無油管空心抽油桿采油試驗效果分析

2口空心抽油桿采油井中單井日節(jié)電最高達17.04KWh，最低為8.64KWh，平均節(jié)電12.84KWh；單井節(jié)電率最高達17.1%，最低為12.8%，平均節(jié)電率為15.0%。無油管空心抽油桿采油利用空心抽油桿代替普通抽油桿，剛性好、無油管的伸縮量，增加了柱塞的有效行程；無泵筒和柱塞間隙的漏油；液力反饋增加了泵的進口壓力和流量，提高了泵的充滿效果，因此其產(chǎn)液量和系統(tǒng)效率得到提高。單井系統(tǒng)效率最高達10.20%，最低為6.78%，平均效率為8.49%；與措施前有桿抽油相對比，單井系統(tǒng)效率提高最高達5.22%，最低為3.68%，平均提高4.45%。由于無油管空心抽油桿采油沒有油管，因此空心抽油桿一次性投資費用比有桿抽油節(jié)約29.00%，實現(xiàn)了設備投資減少15%的目標。三、井下設備節(jié)能技術四、機采系統(tǒng)節(jié)能技術理論研究提高泵效技術2懸點載荷計算3扶正器優(yōu)化分布4間抽技術5機采系統(tǒng)優(yōu)化設計11、機采系統(tǒng)優(yōu)化設計四、機采系統(tǒng)節(jié)能技術理論研究1）工作制度調(diào)節(jié)：采用調(diào)節(jié)抽油機的沖次，以達到調(diào)節(jié)后的工作制度更加符合現(xiàn)有的單井生產(chǎn)現(xiàn)狀。2）抽油桿柱組合優(yōu)化設計：采用多級桿柱組合，調(diào)整不同直徑的抽油桿在井筒中的比例和分布，減小抽油泵沖程損失系數(shù)，提高泵效。3）減小抽油泵泵徑：針對產(chǎn)液量較小的井，更換為小泵徑抽油泵（如32泵、38泵），以達到換泵后更加符合現(xiàn)有的單井生產(chǎn)現(xiàn)狀。四、機采系統(tǒng)節(jié)能技術理論研究低速電機（Y180L-8）四、機采系統(tǒng)節(jié)能技術理論研究2.提高泵效技術低滲透油田有桿泵泵效的計算模型為：抽油泵泵效計算包含柱塞沖程系數(shù)、泵的充滿系數(shù)、漏失系數(shù)、液體體積收縮系數(shù)。按照低滲透油田實際工況對這些公式進行了重新推導。

四、機采系統(tǒng)節(jié)能技術理論研究泵效提高的優(yōu)化模型

目標函數(shù)：設計變量：泵徑D；沖程S；沖次n；下泵深度Lp；動液面hf；泵充滿系數(shù)β；抽油桿直徑dr；抽油泵漏失等等。約束條件：泵徑：離散量，只能取32、38、44mm等值；沖程：受抽油機結構限制，只能取1.2、1.5、1.8、2.0、2.5m等值；沖次：受抽油機結構限制，只能取5、6、9min-1等值；下泵深度：受到產(chǎn)液量和井底流入動態(tài)的約束，詳細分析稍后進行；動液面：受到產(chǎn)液量和井底流入動態(tài)的約束。四、機采系統(tǒng)節(jié)能技術理論研究

低滲透油田地層滲透率低，供液能力不足，會使得泵充滿度減小，從而泵效較低。影響泵效的主要因素：抽油泵泵徑、沖程、沖次、下泵深度、泵傾斜角度、間抽系數(shù)、泵傾斜角度。次要因素：氣油比（氣油比小于200時）、桿柱組合等是次要因素。抽油泵泵徑減小，泵效會明顯提高。沖次降低會使泵效明顯提高，但當沖次小于2.5-3min-1時，泵效提高不明顯。抽油機沖程、沖次的組合會影響泵效，最佳組合可以使泵效最高。沉沒度增加，泵效提高，但當沉沒度超過200m-250m時，泵效增加不明顯。下泵深度適當增加可以提高泵效，但增加過大，泵效反而會有所降低。抽油泵傾斜角度增加會使泵效下降，當傾斜角度在20°以內(nèi)時，泵效下降不明顯，當傾斜角度超過20°時，泵效下降較快。氣油比增加會使泵效降低，對于延長油田氣油比小于200的油井，泵效下降不明顯。對于延長油田低產(chǎn)井，采用合理的間抽制度可以提高泵效。四、機采系統(tǒng)節(jié)能技術理論研究抽油機懸點載荷的分類

名稱含義備注靜載荷抽油桿在井液中的重力在上沖程和下沖程均存在動液面深度全柱塞面積上的液柱載荷只在上沖程存在動載荷抽油桿慣性載荷在上沖程和下沖程均存在液柱慣性載荷只在上沖程存在摩擦載荷抽油桿柱與油管之間的摩擦力在上沖程和下沖程均存在柱塞與泵筒之間的摩擦力在上沖程和下沖程均存在抽油桿柱本體與液柱之間的摩擦力只在下沖