姜秋菊（大慶油田有限責(zé)任公司第五采油廠）

1 背景介紹

能耗是衡量機(jī)采節(jié)能管理水平的重要指標(biāo)，隨著油田開發(fā)，橫向上機(jī)采井?dāng)?shù)逐年增多，縱向上機(jī)采能耗逐年增加，耗電量攀升。據(jù)統(tǒng)計(jì)2019年A采油廠新投產(chǎn)265口油井，年耗電增加1160.7×104kWh，而措施節(jié)電僅達(dá)到951.2×104kWh，措施井節(jié)電量無法彌補(bǔ)新井增加電量，節(jié)能工作面臨巨大壓力和挑戰(zhàn)。

2020年抽油機(jī)能耗統(tǒng)計(jì)見表1，從中可以看出單耗高于10 kWh/t井占比35.71%，占較大比例。經(jīng)分析單井能耗高的主要原因是產(chǎn)量低和電動(dòng)機(jī)效率較低（占82.6%）[1-3]。對(duì)這部分井進(jìn)行治理將有利于A采油廠控制能耗水平。

表1 2020年抽油機(jī)能耗統(tǒng)計(jì)

2 針對(duì)產(chǎn)量低井采取措施

單井產(chǎn)量低問題主要影響因素為泵況影響、供采不平衡影響兩方面。從采油工程角度出發(fā)，采用電參數(shù)判定異常井，縮短泵況井診斷周期，及時(shí)發(fā)現(xiàn)采取措施，減少能耗浪費(fèi)；而對(duì)于供采不平衡井，根據(jù)具體情況采取優(yōu)化間抽制度和調(diào)整參數(shù)方式提高采油效率，降低單井耗電量。

2.1 電參數(shù)法判定異常井

泵況異常井的噸液耗電高、系統(tǒng)效率低、節(jié)能改造措施后基本達(dá)不到理想節(jié)能效果，不利于節(jié)能工作的開展，后期效果統(tǒng)計(jì)也會(huì)下拉節(jié)電效果，使節(jié)能指標(biāo)降低，數(shù)據(jù)失真。

目前現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)異常井沿用產(chǎn)量、功圖、動(dòng)液面實(shí)測(cè)結(jié)果綜合判定，而現(xiàn)場(chǎng)示功圖測(cè)試管理規(guī)范要求為每月測(cè)試僅1～2次，頻次不足導(dǎo)致油井泵況發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)需要時(shí)間也較長(zhǎng)，不利于節(jié)能工作開展。A采油廠率先采用電參數(shù)擬合示功圖進(jìn)行泵況診斷，借助該手段可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)泵況異常井，提高抽油機(jī)井節(jié)能工作管理質(zhì)量。借助“油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”，利用系統(tǒng)對(duì)油井的生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集并實(shí)時(shí)傳輸回中控平臺(tái)，利用回傳的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電參數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)無載荷傳感器的示功圖生成，進(jìn)而進(jìn)行泵況診斷，實(shí)現(xiàn)即時(shí)發(fā)現(xiàn)泵況問題的目的。與傳統(tǒng)泵況診斷相比，電參法泵況診斷具有極強(qiáng)的時(shí)效性且不會(huì)受技術(shù)人員水平限制，提高了泵況井的發(fā)現(xiàn)率及準(zhǔn)確性。

以電參數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他數(shù)據(jù)如物性數(shù)據(jù)及設(shè)備數(shù)據(jù)等，分析電參數(shù)與懸點(diǎn)負(fù)荷關(guān)系，建立反擬示功圖模型；然后進(jìn)行圖形特征識(shí)別，結(jié)合油井電流、產(chǎn)液等生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)變化實(shí)現(xiàn)工況診斷[4-5]；形成適應(yīng)局域網(wǎng)環(huán)境的電參數(shù)泵況在線分析診斷工具，軟件在局域網(wǎng)安裝成功后可自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并自動(dòng)繪制電參數(shù)示功圖。

軟件在服務(wù)器安裝后，可通過局域網(wǎng)在線自動(dòng)采集所需要的電參、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等數(shù)據(jù)，訪問計(jì)算機(jī)與局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)在線自動(dòng)繪制電參功圖及自動(dòng)診斷泵況?？蓪?shí)現(xiàn)電參數(shù)自動(dòng)擬合示功圖曲線，移動(dòng)光標(biāo)可瀏覽曲線各個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)值。圖形特征識(shí)別后，進(jìn)行分類和標(biāo)記，對(duì)比歷史示功圖，結(jié)合電流變化、產(chǎn)液變化、動(dòng)液面變化等綜合進(jìn)行桿斷、參數(shù)高、參數(shù)低、不平衡、結(jié)蠟、漏失等工況診斷。以B-1井為例，機(jī)型CYJY10-3-37HB，電動(dòng)機(jī)額定功率37kW，沖程3 m，沖次4.5次/min，電流與有功周期性波動(dòng)曲線見圖1，電參功圖與載荷力功圖對(duì)比見圖2。

圖1 電流與有功周期性波動(dòng)曲線

圖2 電參功圖與載荷力功圖對(duì)比

自2020年4月應(yīng)用以來，通過該平臺(tái)軟件，對(duì)安裝電參數(shù)采集設(shè)備的抽油機(jī)井進(jìn)行監(jiān)測(cè)診斷，以采集的電參數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合設(shè)備參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，對(duì)泵況進(jìn)行初步診斷分類后人工進(jìn)行核實(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)泵況變差問題。截至目前共診斷1 200井次，對(duì)比診斷工具診斷結(jié)果與實(shí)際，符合率達(dá)到90.5%。

2.2 優(yōu)化間抽制度解決低產(chǎn)井供采不平衡

間抽技術(shù)是通過關(guān)井提高井筒的儲(chǔ)液量，開井提高抽油效率，降低噸液耗電[6]。合理的間歇生產(chǎn)工作制度，不僅能保持較高的產(chǎn)液量，同時(shí)還能降低噸油成本并實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果?，F(xiàn)場(chǎng)通過實(shí)測(cè)多個(gè)“開－關(guān)－開”工作制度下的壓力歷史曲線并進(jìn)行擬合反映測(cè)試井在關(guān)井后的壓力恢復(fù)速度和抽油速度[7]。

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方式，對(duì)不同產(chǎn)液級(jí)別井進(jìn)行井下壓力測(cè)試，利用不穩(wěn)定試井資料解釋確定間歇生產(chǎn)情況下地層壓力情況，確定合理的間歇生產(chǎn)工作制度。以井E為例，對(duì)該井進(jìn)行壓力測(cè)試后，給出五種間抽優(yōu)化方案，并建議推薦一種優(yōu)化方案，或建議連抽?；A(chǔ)數(shù)據(jù)見表2，優(yōu)化方案對(duì)比見表3。

表2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表3 優(yōu)化方案對(duì)比

依據(jù)上述原理，進(jìn)一步確定了以沉沒度、日產(chǎn)液量、日產(chǎn)油量（用含水率代表）為主要?jiǎng)澐忠罁?jù)的間抽制度，優(yōu)化調(diào)整的間抽制度見表4。

表4 優(yōu)化調(diào)整的間抽制度

由于間抽井受產(chǎn)量影響較大，因此在實(shí)際執(zhí)行時(shí)需考慮產(chǎn)量是否主動(dòng)，并制定了相應(yīng)的原則。即產(chǎn)量主動(dòng)時(shí)，液量0～20 t井，多停、多節(jié)電；液量大于20 t井，適時(shí)間抽，增加節(jié)電量。產(chǎn)量波動(dòng)時(shí)，液量0～20 t井，縮短停機(jī)時(shí)間；液量大于20 t井不執(zhí)行間抽，少影響油?，F(xiàn)場(chǎng)按新方案實(shí)施835井次，間抽前后液量降低1.9 t/d，單井節(jié)電46.98 kWh/d，平均單耗下降2.8 kWh/t，依據(jù)《石油企業(yè)用節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測(cè)定》ST/T 6422—2016中所述綜合節(jié)能率計(jì)算方法測(cè)算的節(jié)電率為23.7%），達(dá)到了提高抽油效率、節(jié)約用電的目的。

2.3 優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)

機(jī)采節(jié)能人員通過與動(dòng)態(tài)組人員溝通，每月對(duì)參數(shù)偏大區(qū)內(nèi)的井及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)分析、及時(shí)調(diào)整。優(yōu)化方式以“大泵徑、長(zhǎng)沖程、低沖次”為原則[8]。累計(jì)調(diào)小參335井次，調(diào)小泵徑108井次，提高抽油效率，降低生產(chǎn)用電。

通過加強(qiáng)節(jié)能管理，及時(shí)在443口井采取調(diào)整措施，系統(tǒng)效率提高5%。機(jī)采單耗下降1.15 kWh/t，綜合節(jié)電率19.52%。節(jié)能調(diào)整措施實(shí)施效果見表5。

表5 節(jié)能調(diào)整措施實(shí)施效果

3 針對(duì)電動(dòng)機(jī)效率低井采取措施

現(xiàn)場(chǎng)主要通過降低裝機(jī)功率和應(yīng)用變頻控制箱解決電動(dòng)機(jī)效率偏低的問題。

3.1 降低裝機(jī)功率

電動(dòng)機(jī)效率與負(fù)載呈正相關(guān)變化，電動(dòng)機(jī)負(fù)載率和效率關(guān)系曲線見圖3。在電動(dòng)機(jī)負(fù)載由0%升高至20%過程中，電動(dòng)機(jī)效率快速提升至70%以上；負(fù)載率在20%～40%，效率升高減緩；到40%～60%處電動(dòng)機(jī)效率達(dá)到最高值；而后由于電動(dòng)機(jī)銅損隨負(fù)載的提高呈二次方速度增加，致使總的電動(dòng)機(jī)效率有一定幅度下滑。并實(shí)測(cè)了YCH225-8-15 kW和ZYCYT200L-15 kW等三相異步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)效率隨負(fù)載變化情況。以上理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率在20%以下時(shí)，電動(dòng)機(jī)效率將低于70%，能耗損失大，耗電量大，噸液?jiǎn)魏囊搽S之增大，此時(shí)提高電動(dòng)機(jī)負(fù)載率在技術(shù)上應(yīng)以降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率為主[9]。

圖3 電動(dòng)機(jī)負(fù)載率和效率關(guān)系曲線

對(duì)負(fù)載率小于20%的井，采取調(diào)整裝機(jī)功率提高電動(dòng)機(jī)效率。目前雙速雙功率電動(dòng)機(jī)在油田應(yīng)用廣泛，其采用深槽式轉(zhuǎn)子提高啟動(dòng)力矩、通過提高鐵芯容量降低鐵芯損耗、采用換向變極繞組提高了繞組系數(shù)、最小載荷與最大載荷之比的雙功率狀態(tài)可方便人工的隨時(shí)切換。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)配備雙速雙功率電動(dòng)機(jī)的抽油機(jī)井實(shí)施了裝機(jī)功率調(diào)低檔位最小載荷運(yùn)行措施，對(duì)低裝機(jī)功率下負(fù)載率仍處于較低水平的井采取更換其他更小功率電動(dòng)機(jī)措施?，F(xiàn)場(chǎng)共實(shí)施150口井，平均裝機(jī)功率下降8.8 kW，平均消耗功率由5.28 kW降低到4.15 kW，降低了1.13 kW，措施合節(jié)綜電率為13.12%；電動(dòng)機(jī)負(fù)載率由平均13.57%上升到20.41%，提高了6.8%，電動(dòng)機(jī)效率得到了極大提高。

3.2 應(yīng)用變頻控制箱

變頻控制箱可以方便的調(diào)節(jié)頻率、控制抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)供給電動(dòng)機(jī)的電壓，減少電動(dòng)機(jī)的多余勵(lì)磁電流，減少電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的鐵損和銅損，使電動(dòng)機(jī)始終處于高效、高功率因數(shù)的狀態(tài)下運(yùn)行[12]。

CYJ-TS型智能化多功能調(diào)速變頻控制箱通過內(nèi)置專用的運(yùn)動(dòng)控制程序，針對(duì)功率因數(shù)和效率低問題，可實(shí)時(shí)監(jiān)控抽油機(jī)的負(fù)載情況，利用獨(dú)特的算法自行調(diào)整電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)上下沖程平穩(wěn)過渡。通過對(duì)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)提高電動(dòng)機(jī)效率，改善電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的目的。為提高采油效率且易于調(diào)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)可以采用抽油機(jī)上、下沖程速度的變頻獨(dú)立控制模式，也可以通過鍵盤設(shè)定選擇普通的變頻調(diào)控。2020年更換該CYJ-TS型智能化多功能調(diào)速變頻控制箱664臺(tái)，調(diào)后功率因數(shù)由0.35上升到0.47；單井平均有功功率5.35 kW降低到3.98 kW，降低了1.37 kW，綜合節(jié)電率25.6%。

綜上，通過對(duì)不同問題井采取措施，機(jī)采系統(tǒng)節(jié)能水平提高，取得了良好的效果。多方案治理節(jié)能管控工作實(shí)施中，對(duì)高能耗機(jī)采共計(jì)采取節(jié)能措施1 992井次，措施后平均功率降低0.44 kW，系統(tǒng)效率提高了3.7%，全年節(jié)電794.27×104kWh，折合電費(fèi)506.03萬元。

4 結(jié)論

1）數(shù)字化油田機(jī)采井電參數(shù)計(jì)量診斷測(cè)控平臺(tái)通過對(duì)示功圖進(jìn)行圖形特征識(shí)別，可通過局域網(wǎng)在線自動(dòng)采集所需要的電參、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等數(shù)據(jù)，訪問計(jì)算機(jī)與局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷泵況。該診斷工具可實(shí)現(xiàn)快速、批量發(fā)現(xiàn)泵況問題。

2）在間抽制度實(shí)施中，考慮了停井對(duì)產(chǎn)油量的影響，形成了綜合考慮產(chǎn)液量和含水率變化的新間抽制度，減少間抽對(duì)產(chǎn)液產(chǎn)油量的影響，緩解了間抽與生產(chǎn)之間的矛盾。

3）通過降低電動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率和應(yīng)用變頻控制箱方式，可提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，進(jìn)而降低單井能耗水平，減少高耗能井對(duì)整體電量影響。