机采节能新技术

2015年7月机采节能新技术

一、机采节能新技术概要二、地面设备节能技术三、井下设备节能技术四、机采系统节能技术理论研究五、机采节能软件系统汇报提纲一、机采节能新技术概要机械采油系统构成：抽油机抽油杆抽油泵抽油机井的耗电量约占油田总耗电量的30-35%。我国抽油机的保有量在10万台以上，电动机装机总容量有3500兆千瓦，每年耗电量逾百亿千瓦时。在我国抽油机的平均运行效率为25.2%，而国外平均水平为30.1%，年节能潜力可达几十亿千瓦。二、地面设备节能技术电动机及节能控制器游梁式抽油机无游梁抽油机（一）（二）（三）（一）游梁式抽油机二、地面设备节能技术常规型抽油机平衡方式：曲柄平衡，游梁平衡，复合平衡。节能方式：开发新型节能抽油机；提高抽油机平衡度；减小减速器输出轴扭矩波动；提高电机功率因数来实现节能。

常规型抽油机几何参数优化前后性能对比二、地面设备节能技术弯游梁变位变矩型抽油机二、地面设备节能技术1驴头；2游梁；3尾轴承；4游梁平衡块；5连杆；6曲柄及平衡；7减速器；8电机；9支架轴；10支架；11底座

常规抽油机扭矩曲线弯游梁抽油机扭矩曲线弯游梁抽油机游梁后臂长度变化与载荷变化曲线二、地面设备节能技术二、地面设备节能技术弯游梁抽油机节电效果下偏杠铃型抽油机二、地面设备节能技术二、地面设备节能技术调径变矩型抽油机二、地面设备节能技术1底座；2游梁体；3横梁；4支架；5游梁支撑；6吊臂；7配重箱；8围栏；9工作平台；10底座；11电动机；12配电柜；13刹车；14减速器；15支撑装置；16连杆；17曲柄；18悬绳器；19基础

双驴头型抽油机二、地面设备节能技术1前驴头；2钢丝绳；3光杆卡具；4悬绳器；5游梁；6平台；7支架；8曲柄装置；9底座；10冲程微调装置；11后驴头；12驱动绳；13保护绳；14横梁；15连杆；16曲柄销装置；17减速器；18刹车保险装置；19电机；20刹车装置

异相型游梁抽油机二、地面设备节能技术1游梁；2驴头；3悬绳器；4支架；5底座；6连杆；7平衡块；8曲柄；9输出轴；10减速器；11皮带轮；12电机；13底座

异相型抽油机和常规型抽油机扭矩因数对比

二、地面设备节能技术二、地面设备节能技术相位平衡的丛式井抽油机二、地面设备节能技术二、地面设备节能技术数字化抽油机二、地面设备节能技术二、地面设备节能技术常规弯梁变矩抽油机数字化改造测试结果：有功节电率为34.90%，无功节电率67.35%，综合节电率为34.83%。抽油机系统效率为19.86%，比以前提高了5.5%以上。二、地面设备节能技术（二）无游梁抽油机二、地面设备节能技术曲柄滑块丛式井抽油机二、地面设备节能技术二、地面设备节能技术长冲程液压平衡抽油机二、地面设备节能技术机械换向长冲程抽油机二、地面设备节能技术二、地面设备节能技术螺杆泵采油试验区块试验井口井口数量一大队郑860-7、郑860-9、郑864-3、郑868-3、郑868-6、郑869、郑869-3、郑87、郑873-1、郑90、郑93等26二、地面设备节能技术螺杆泵和抽油机能耗费用对比序号井号采油方式动液面（m）产液量(m3/d)泵挂（m）电流

(A)电机功率（KW）有功功率（KW）日耗电（KWh)吨液百米耗电(kwh/100m.t)1郑860-9螺杆泵15964.71175017-21157.98191.52.58抽油机4.71175135/322213.3319.24.302郑864-3螺杆泵81013.09115019-20157.6182.41.35抽油机14.12110535/302213.3319.22.273郑869-3螺杆泵75412.45105016-17156.46155.041.31抽油机10.22114736/332213.68328.323.114郑873-1螺杆泵15887.02173817-20157.6182.41.66抽油机8.1175036/332213.68328.322.575郑93螺杆泵12976.97140016-17156.46155.041.23抽油机16.58145036/332213.68328.321.51平均吨液百米耗电螺杆泵1.626平均单井对比能耗螺杆泵低于抽油机1.126kwh/100m.t，螺杆泵与抽油机对比节电率为46.6%.抽油机2.752注:螺杆泵与抽油机电机电流、功率来自现场发来数据kwh/100m.t二、地面设备节能技术（二）电动机及节能控制器二、地面设备节能技术节能电机：低速电机（Y180L-8）高转差率电机永磁同步电机高起动转矩电机节能配电箱：电容动态无功补偿可控硅调压软起动变频控制器目的：去发电、平曲线、提高功率因数二、地面设备节能技术抽油机智能控制器（HBN-T4-37GY）二、地面设备节能技术定筒式顶部固定杆式泵定筒式底部固定杆式泵三、井下设备节能技术动筒式底部固定杆式泵杆式泵采油工艺1---阀杆总成，2---机械顶部锁紧支撑接头，3---机械顶部锁紧支撑阀件，4---泵筒总成，5---柱塞总成25-110RHAM-AC4.5-1.2-0.6-0.6顶部固定杆式泵总装配图三、井下设备节能技术杆式泵结构设计4500杆式泵采油试验效果分析

2口杆式泵井中单井日节电最高达21.36KWh，最低为14.88KWh，平均节电18.12KWh；单井节电率最高达17.9%，最低为15.0%，平均节电率为16.5%。试验用杆式泵泵径较小，与地层供液相协调，从施工后地面示功图可看出，泵充满度明显改善。相对于管式泵，由于修井作业时不用起下油管，因此杆式泵检泵作业费用减少40%，实现了运行费用减少30%的预期目标。三、井下设备节能技术直线电机柱塞泵采油工艺1、系统构成地面变频控制装置井下磁力直线电机柱塞抽油泵铠甲电缆配套专用作业工具三、井下设备节能技术1－油管；2-套管；3-压力计；4-柱塞泵；5-直线电机；6-扶正器；7-井口；8-铠甲电缆

直线电机柱塞泵采油试验效果分析

2口直线电机柱塞泵采油井中单井日节电最高达42.44KWh，最低为41.52KWh，平均节电41.98KWh；单井节电率最高达87.4%，最低为85.8%，平均节电率为86.6%。节电效果明显的原因主要是由于直线电机间歇供电，只有柱塞泵在上下冲程运动期间供电，其余时间不供电，占空比为1/6，因此用电量大幅减小。由于直线电机柱塞泵采油彻底解决了杆管偏磨问题，油井作业费用降低，同时由于节电效果明显，年节约电费1.54万元，因此直线电机柱塞泵运行费用和有杆抽油系统相比，运行费用节约61.7%，实现了运行费用减少30%的目标。三、井下设备节能技术（三）无油管空心抽油杆采油工艺1、结构及工作原理三、井下设备节能技术井口空心抽油杆液力反馈泵

无油管空心抽油杆采油做为一种新的采油技术，与常规采油工艺相比去掉了机械采油中的油管，完善了常规有杆泵采油技术。2、液力反馈泵设计三、井下设备节能技术1-套管2-悬挂器3-阀球4-泵筒5-油层6-密封装置7-柱塞8-空心管图5-2液力反馈泵无油管采油示意图

柱塞下行，容积增加柱塞下行，容积减小3、性能特点三、井下设备节能技术

提高泵效：利用空心抽油杆代替普通抽油杆，抽油杆柱刚性提高；另外无油管的伸缩量，会增加柱塞的有效行程；无泵筒和柱塞间隙的漏油，无液柱回压漏油。不使用油管，减少了杆管偏磨，减少了作业量。该装置不仅适用于低产井的开采，还可用于小井眼及部分套变井的生产。三、井下设备节能技术无油管空心抽油杆采油试验效果分析

2口空心抽油杆采油井中单井日节电最高达17.04KWh，最低为8.64KWh，平均节电12.84KWh；单井节电率最高达17.1%，最低为12.8%，平均节电率为15.0%。无油管空心抽油杆采油利用空心抽油杆代替普通抽油杆，刚性好、无油管的伸缩量，增加了柱塞的有效行程；无泵筒和柱塞间隙的漏油；液力反馈增加了泵的进口压力和流量，提高了泵的充满效果，因此其产液量和系统效率得到提高。单井系统效率最高达10.20%，最低为6.78%，平均效率为8.49%；与措施前有杆抽油相对比，单井系统效率提高最高达5.22%，最低为3.68%，平均提高4.45%。由于无油管空心抽油杆采油没有油管，因此空心抽油杆一次性投资费用比有杆抽油节约29.00%，实现了设备投资减少15%的目标。三、井下设备节能技术四、机采系统节能技术理论研究提高泵效技术2悬点载荷计算3扶正器优化分布4间抽技术5机采系统优化设计11、机采系统优化设计四、机采系统节能技术理论研究1）工作制度调节：采用调节抽油机的冲次，以达到调节后的工作制度更加符合现有的单井生产现状。2）抽油杆柱组合优化设计：采用多级杆柱组合，调整不同直径的抽油杆在井筒中的比例和分布，减小抽油泵冲程损失系数，提高泵效。3）减小抽油泵泵径：针对产液量较小的井，更换为小泵径抽油泵（如32泵、38泵），以达到换泵后更加符合现有的单井生产现状。四、机采系统节能技术理论研究低速电机（Y180L-8）四、机采系统节能技术理论研究2.提高泵效技术低渗透油田有杆泵泵效的计算模型为：抽油泵泵效计算包含柱塞冲程系数、泵的充满系数、漏失系数、液体体积收缩系数。按照低渗透油田实际工况对这些公式进行了重新推导。

四、机采系统节能技术理论研究泵效提高的优化模型

目标函数：设计变量：泵径D；冲程S；冲次n；下泵深度Lp；动液面hf；泵充满系数β；抽油杆直径dr；抽油泵漏失等等。约束条件：泵径：离散量，只能取32、38、44mm等值；冲程：受抽油机结构限制，只能取1.2、1.5、1.8、2.0、2.5m等值；冲次：受抽油机结构限制，只能取5、6、9min-1等值；下泵深度：受到产液量和井底流入动态的约束，详细分析稍后进行；动液面：受到产液量和井底流入动态的约束。四、机采系统节能技术理论研究

低渗透油田地层渗透率低，供液能力不足，会使得泵充满度减小，从而泵效较低。影响泵效的主要因素：抽油泵泵径、冲程、冲次、下泵深度、泵倾斜角度、间抽系数、泵倾斜角度。次要因素：气油比（气油比小于200时）、杆柱组合等是次要因素。抽油泵泵径减小，泵效会明显提高。冲次降低会使泵效明显提高，但当冲次小于2.5-3min-1时，泵效提高不明显。抽油机冲程、冲次的组合会影响泵效，最佳组合可以使泵效最高。沉没度增加，泵效提高，但当沉没度超过200m-250m时，泵效增加不明显。下泵深度适当增加可以提高泵效，但增加过大，泵效反而会有所降低。抽油泵倾斜角度增加会使泵效下降，当倾斜角度在20°以内时，泵效下降不明显，当倾斜角度超过20°时，泵效下降较快。气油比增加会使泵效降低，对于延长油田气油比小于200的油井，泵效下降不明显。对于延长油田低产井，采用合理的间抽制度可以提高泵效。四、机采系统节能技术理论研究抽油机悬点载荷的分类

名称含义备注静载荷抽油杆在井液中的重力在上冲程和下冲程均存在动液面深度全柱塞面积上的液柱载荷只在上冲程存在动载荷抽油杆惯性载荷在上冲程和下冲程均存在液柱惯性载荷只在上冲程存在摩擦载荷抽油杆柱与油管之间的摩擦力在上冲程和下冲程均存在柱塞与泵筒之间的摩擦力在上冲程和下冲程均存在抽油杆柱本体与液柱之间的摩擦力只在下冲