薛悅

（大慶油田第六采油廠第二作業(yè)區(qū)技術(shù)管理室，黑龍江 大慶 163000）

我國老油田逐漸進(jìn)入發(fā)展中后期，其含水量大幅度增加，產(chǎn)量下降，與地面配套技術(shù)無法適應(yīng)，而且還存在設(shè)備性能老化、耗能較高、效率較低，產(chǎn)能源持續(xù)增長等情況，已無法適應(yīng)我國當(dāng)前綠色能源發(fā)展戰(zhàn)略和能量損耗考核需求。某些老油田根據(jù)其實(shí)際生產(chǎn)過程和特征，圍繞石油開采、集輸、注水等主要的地面工藝系統(tǒng)的核心設(shè)備，在關(guān)鍵技術(shù)的引導(dǎo)下，對多種技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，同時(shí)使抽油機(jī)、注水泵等油田核心設(shè)備的節(jié)能水平得到顯著提升，也使老油田經(jīng)濟(jì)效益不斷提升，促進(jìn)老油田全面高質(zhì)量發(fā)展。

1 老油田注采輸核心設(shè)備運(yùn)行

1.1 安全預(yù)警

老油田注采輸核心設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中，安全預(yù)警管理要針對安全設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和完善，從而使系統(tǒng)整體安全性能和質(zhì)量達(dá)到安全水平。在實(shí)際優(yōu)化過程中需要以將事故物源控制作為出發(fā)點(diǎn)，并提出避免事故發(fā)生的方法和途徑，以此來從根本上發(fā)現(xiàn)并消除事故與危害，也能夠防止誤操作和設(shè)備故障造成的危害。從論證到設(shè)計(jì)再到基礎(chǔ)建設(shè)，為了達(dá)到生產(chǎn)、技術(shù)改造等目的，需要從以下幾方面著手：（1）項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段。應(yīng)用技術(shù)性方法對危險(xiǎn)因素進(jìn)行有效排除，使得人們無法觸及危險(xiǎn)區(qū)域，例如，可以將危險(xiǎn)區(qū)域封閉起來，同時(shí)安裝一些安全保護(hù)設(shè)施。而且在實(shí)際規(guī)劃過程中，要對如何達(dá)到信息化問題進(jìn)行充分考慮。目前，已經(jīng)有大量的自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備被應(yīng)用到了油井中，可以利用監(jiān)控來了解和發(fā)現(xiàn)井組中潛在或者已經(jīng)出現(xiàn)的安全隱患，通過遠(yuǎn)程操作，可以將設(shè)備隱患進(jìn)行有效控制，從而可以及時(shí)加強(qiáng)安全防范部署，以此來完全杜絕施工過程中的安全問題。（2）操作階段。制定系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)與預(yù)防措施，運(yùn)用設(shè)備故障分析技術(shù)，對設(shè)備中存在的問題進(jìn)行快速檢測與解決。而且相關(guān)工作人員應(yīng)經(jīng)常對各種安全設(shè)備進(jìn)行檢測，確保這些設(shè)備在任何時(shí)候都能保持穩(wěn)定，并配備所需的防護(hù)用品等。對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)時(shí)，應(yīng)遵循強(qiáng)制性維護(hù)和按需求維護(hù)的基本原則。強(qiáng)制維護(hù)指的是要遵守各級(jí)維護(hù)條例，以運(yùn)行周期為依據(jù)，對設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)制維護(hù)，按需維護(hù)指的是以設(shè)備的狀況監(jiān)控為依據(jù)，有目的地進(jìn)行維護(hù)。（3）制定管理方法。為使用者和操作者提供相關(guān)的技術(shù)資料，如維護(hù)安全手冊等。因此，應(yīng)加大對員工的教育與培訓(xùn)力度，以提高工作人員對不安全因素的處理水平和處理能力。

1.2 運(yùn)行安全

老油田注采輸核心設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中應(yīng)安全預(yù)警管理，就是要針對設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，可能會(huì)產(chǎn)生的一些異常情況或是存在一些安全隱患，制定相應(yīng)的措施，以防止在設(shè)備運(yùn)行過程中，會(huì)給工作人員帶來較大危害，也能夠避免誤操作和設(shè)備損壞等事故。要想保證生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行，就要從以下幾個(gè)角度著手，對生產(chǎn)裝置的不安全狀況、操作人員和管理人員的不安全行為、不安全環(huán)境的不安全因素進(jìn)行分析。（1）對設(shè)備非安全狀況進(jìn)行預(yù)先控制。由非人為原因引起的異常情況，在進(jìn)行任何作業(yè)時(shí)，都要注意被作業(yè)的物體是否會(huì)出現(xiàn)異常。在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過程中，因操作者對設(shè)備相關(guān)技術(shù)的認(rèn)識(shí)不足而造成設(shè)備故障。例如，在抽油過程中，可能由于逆向流動(dòng)，造成管道破裂和石油泄漏等情況，從而引起火災(zāi)或中毒等現(xiàn)象。（2）對設(shè)備操作過程中的安全狀況進(jìn)行預(yù)測。其中包含對設(shè)備環(huán)境安全警告，操作人員必須了解裝置本身存在的故障，并能準(zhǔn)確地對設(shè)備的故障做出判斷和定位，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可靠度的預(yù)控制。（3）對設(shè)備的自然環(huán)境進(jìn)行預(yù)先控制。風(fēng)雨、溫度、雷電和其他一些自然因素使得部分設(shè)備處于異常的狀態(tài)。例如，在冬季由于溫度較低，會(huì)發(fā)生加熱爐液位計(jì)被凍，從而顯示失靈的情況，而在嚴(yán)重缺水情況下，燒干鍋可能會(huì)導(dǎo)致爐體損壞。（4）人為因素安全預(yù)控。工作人員技術(shù)和專業(yè)素質(zhì)直接影響設(shè)備的安全運(yùn)行。如果無法勝任崗位的人員獨(dú)自進(jìn)行作業(yè)，會(huì)大幅度提高失誤概率，所以應(yīng)在有經(jīng)驗(yàn)的人員帶領(lǐng)下進(jìn)行操作。

1.3 安全配套設(shè)施

只有嚴(yán)格按照法律和紀(jì)律來提高相關(guān)設(shè)備的質(zhì)量，才能夠保證設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。（1）要嚴(yán)格落實(shí)工作職責(zé)，確保所有環(huán)節(jié)都有專門的工作人員管理和負(fù)責(zé)，推動(dòng)工作職責(zé)的履行。（2）加強(qiáng)防范意識(shí)，加強(qiáng)防范措施，提高工作人員發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。（3）要加大三標(biāo)建設(shè)力度。加強(qiáng)自身的治理，做好三標(biāo)創(chuàng)建工作，為企業(yè)的安全生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。（4）優(yōu)化安全生產(chǎn)隱患的整治工作。要想建立《隱患動(dòng)態(tài)臺(tái)賬》，在實(shí)際制訂過程中需要設(shè)立中、長期方案，并對具體工作人員進(jìn)行明確，做好相應(yīng)整改工作。加大灘海進(jìn)井路及井臺(tái)的保護(hù)工作，嚴(yán)格執(zhí)行長期管理制度，做好巡視防護(hù)，并做好封閉工作，對潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)銷賬管理。（5）強(qiáng)化品質(zhì)監(jiān)督管理。加強(qiáng)對品質(zhì)規(guī)范的研究，加強(qiáng)對品質(zhì)的檢測，提高品質(zhì)監(jiān)督水平。實(shí)施四方監(jiān)督管理制度，做好項(xiàng)目建設(shè)的參與工作，嚴(yán)格執(zhí)行《工程施工監(jiān)控表》，加強(qiáng)對項(xiàng)目的質(zhì)量監(jiān)測，對不合理的工藝環(huán)節(jié)和不安全的隱患進(jìn)行及時(shí)排查和糾正，確保項(xiàng)目的順利實(shí)施，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題。

2 老油田注采輸核心設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)

2.1 永磁調(diào)速技術(shù)

在某地老油田清水站中，安裝了6個(gè)離心式抽水泵，每個(gè)抽水泵的出水量為600m3/h，132kW為電機(jī)輸出功率。因用水要求從450～900m3/h變化很大，所以需要同時(shí)應(yīng)用2臺(tái)抽水泵，以此來滿足供水需求。為了確保供水和用水的均衡，超過1/3的水經(jīng)超壓回路回流至清水儲(chǔ)罐，使清泵實(shí)現(xiàn)較多的無用功。

由于水量波動(dòng)大，供給與需求不匹配等問題的存在，為了防止因水泵倒轉(zhuǎn)引起的能源消耗，通常利用變頻技術(shù)來對供水進(jìn)行調(diào)控。但是，在潮濕的野外環(huán)境和狹窄的空間，造成了較高的故障發(fā)生率和較大的維護(hù)難度，使其無法平穩(wěn)運(yùn)行。經(jīng)過技術(shù)對比，應(yīng)用對惡劣環(huán)境具有較好適應(yīng)能力的永磁調(diào)速技術(shù)來對離心泵速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到生產(chǎn)要求。

清水站改造兩臺(tái)永磁調(diào)速技術(shù)，并將其應(yīng)用于變頻控制系統(tǒng)中。在實(shí)際工作過程中，可以根據(jù)用水負(fù)荷的變化，利用PLC控制器控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對主動(dòng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和從動(dòng)導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子的耦合面積進(jìn)行調(diào)控，從而對水泵速度進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到對自動(dòng)調(diào)整離心泵供水量的目的，以確保供用水均衡，同時(shí)，還能使清水泵的能耗得到節(jié)約，并使電動(dòng)機(jī)和水泵實(shí)現(xiàn)從硬聯(lián)接到軟聯(lián)接，達(dá)到減少系統(tǒng)振動(dòng)損耗，提高設(shè)備使用壽命的目的。圖1為永磁驅(qū)動(dòng)控制的工作原理。

圖1 永磁驅(qū)動(dòng)控制原理

2.2 永磁復(fù)合電機(jī)直驅(qū)抽油機(jī)技術(shù)

由于游梁式抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、易于檢維修等特點(diǎn)，所以在石油開采設(shè)備中占據(jù)了絕對優(yōu)勢，其應(yīng)用數(shù)量可達(dá)95%。但是，由于其驅(qū)動(dòng)的靜負(fù)載扭矩較大，與其相匹配的電機(jī)的額定功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際運(yùn)行的功率，電動(dòng)機(jī)的功率利用率只有20%，并且產(chǎn)生了較大的空載損耗，再加上減速齒輪箱和四連桿機(jī)構(gòu)等中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)存在一定的能量損耗，使其在地面系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)效率不會(huì)超過70%。電動(dòng)機(jī)、四連桿件、齒輪箱的效能值分別為80%、95%和91%。為此，降低抽油機(jī)運(yùn)行中的傳輸損耗，采用高效率、大起動(dòng)扭矩的電機(jī)，是當(dāng)前該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

為解決常規(guī)的游梁式抽油機(jī)存在的功率低、能耗大等缺點(diǎn)，本文采用新型的直接驅(qū)動(dòng)方式——永磁復(fù)合電機(jī)直驅(qū)抽油技術(shù)。這一技術(shù)在應(yīng)用過程中不需要三相異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，也不需要皮帶和減速齒輪。永磁復(fù)合電動(dòng)機(jī)是一種將磁性齒輪（如圖2）和永磁電動(dòng)機(jī)相結(jié)合的組合技術(shù)。該電動(dòng)機(jī)采用一個(gè)內(nèi)轉(zhuǎn)子，內(nèi)轉(zhuǎn)子的高速運(yùn)轉(zhuǎn)主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而外轉(zhuǎn)子則通過磁場調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷的控制。經(jīng)調(diào)磁環(huán)由高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)磁場轉(zhuǎn)變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到低轉(zhuǎn)速、大扭矩的目的。

圖2 磁性齒輪結(jié)構(gòu)

技術(shù)特性：電機(jī)轉(zhuǎn)子主要應(yīng)用非接觸型扭矩傳輸，無機(jī)械摩擦，也不需要應(yīng)用潤滑，運(yùn)轉(zhuǎn)效率超過85%。電動(dòng)機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)子數(shù)和較大的滾動(dòng)軸承，具有較長的使用壽命。由于直驅(qū)游梁式抽油機(jī)具有單根轉(zhuǎn)動(dòng)的特點(diǎn)，因此具有較低的機(jī)械損耗和較低的機(jī)械振動(dòng)。

2.3 計(jì)量站真空相變加熱爐技術(shù)

在對老油田進(jìn)行開采過程中，油田計(jì)量站的常壓水套具有提高石油天然氣集輸起始溫度，保證各井、站產(chǎn)出的石油向聯(lián)合站輸送的關(guān)鍵作用，也是石油生產(chǎn)和集輸?shù)闹饕b置，其能耗約為總能耗的17%。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)的整體熱效率僅為64%，屬于偏低的一種。目前我國的水套加熱爐普遍面臨的問題是其工作負(fù)荷系數(shù)較小，一般只有50%～60%。由于燃燒效果較差，導(dǎo)致人工控制的燃燒器無法隨著采油過程的改變，而實(shí)現(xiàn)對燃燒器的負(fù)載及分配空氣的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

油田安全生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化程度不斷提升，對高效節(jié)能和安全可靠的儲(chǔ)油熱設(shè)備提出了更高的要求。根據(jù)當(dāng)前原油集輸加熱設(shè)備的實(shí)際特點(diǎn)，對油田計(jì)量站應(yīng)用的真空變相加熱爐進(jìn)行合理應(yīng)用，使用全自動(dòng)燃燒系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對燃?xì)獾淖詣?dòng)調(diào)節(jié)，防止因過熱而引起的燃?xì)獾睦速M(fèi)。為了改善燃?xì)獾娜紵Ч岢隽艘环N基于煙氣氧氣含量的閉合循環(huán)燃燒方法。燃燒器具自動(dòng)清洗、自動(dòng)點(diǎn)火、火焰連續(xù)探測功能，具有滅火防護(hù)和燃?xì)怆姶砰y泄漏檢測防護(hù)等多項(xiàng)作用，確保了燃燒系統(tǒng)的安全性和可靠性。利用燃?xì)鈨艋O(shè)備對油田生產(chǎn)天然氣進(jìn)行凈化處理，既確保了天然氣的品質(zhì)，能夠提高燃燒爐的穩(wěn)定性，同時(shí)，也能夠有效地解決天然氣的計(jì)量問題。處理后的殘余水經(jīng)齒式水泵封住了外部輸送管道，避免原位排出造成的安全問題及對環(huán)境的影響。

2.4 大排量對置式柱塞泵替代離心泵改造技術(shù)

某老油田的注水系統(tǒng)以二次增壓的注水為主，在對油田進(jìn)行加工后，通過下污水站的離心泵進(jìn)行了一級(jí)提壓，然后將其輸送到增注泵站，通過增注泵站的活塞泵進(jìn)行了二次提壓，最終通過配水閥組將其分布到各個(gè)注水井中，使其進(jìn)入地層中進(jìn)行驅(qū)油，使生產(chǎn)廢水的回收利用達(dá)到了零排放。在油田開發(fā)過程中，由于注水條件的不斷改變，導(dǎo)致注水系統(tǒng)中的注水要求和注水工藝之間的不匹配，以及老舊設(shè)備的高能耗、低效率等問題日益突出。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該設(shè)備在整個(gè)注入過程中，能源的使用率為52.4%，水泵的工作效率為71.1%，水泵的能耗是整個(gè)注入過程中損耗最大的部分。在提高注水系統(tǒng)性能和改進(jìn)過程中，重點(diǎn)安裝泵的選擇是非常重要的。目前，主要應(yīng)用離心泵和活塞泵兩種泵型，其優(yōu)勢在于其容積大、維修工作量少，其不足之處在于其運(yùn)行離開了有效區(qū)域后，其效率迅速降低。在此背景下，由于油田注水量經(jīng)常波動(dòng)，而工藝無法及時(shí)進(jìn)行調(diào)整情況下，出現(xiàn)了使用大排量對式柱塞泵來代替離心泵，并與變頻調(diào)速技術(shù)相匹配，從而可以提升泵機(jī)組的效率。

技術(shù)特征：泵體的兩個(gè)流體動(dòng)端部是全部橫向設(shè)置在曲軸兩側(cè)，運(yùn)行時(shí)一側(cè)活塞在循環(huán)過程中移動(dòng)時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性會(huì)影響曲軸，再將其傳輸給另一側(cè)的活塞，從而形成動(dòng)力。相對單側(cè)活塞式泵站，該泵站的整體效率可提高約5%。采用一支曲軸同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩支液體端部，可有效地克服往復(fù)活塞泵排量大、壓力大、容積大的矛盾，使其與同等排量的單向活塞泵相比，減小了泵的容積。一次運(yùn)轉(zhuǎn)不會(huì)出現(xiàn)空檔，整體受力比較均衡，運(yùn)轉(zhuǎn)更為順暢。

3 結(jié)語

總體而言，在已建成的老油田中，對原有的能源消耗體系進(jìn)行常規(guī)的能源消耗改革，對其能源效率進(jìn)行升級(jí)，同時(shí)加大投資，其節(jié)能降耗的成效也能夠得到提升。因此，本文從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，了解制約能源效率的關(guān)鍵瓶頸，并對能源效率進(jìn)行優(yōu)化，從而使能源效率提高，使油田的經(jīng)濟(jì)利益達(dá)到最大。