李际东（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

机采井节能实质的探讨

李际东（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

机械举升作为强采的主要手段之一，其能耗的合理控制一直是困绕油田管理者的技术难题。本文应用机采井节能理论的研究成果，结合油田实际从管理角度阐述了机采井节能的实质为“在确保注采平衡的条件下，减少能源浪费，实现机采能耗的合理匹配”。在此理论的指导下完善抽油机井电动机合理匹配理论的设计方法，并应用该理论指导了部分井合理匹配的实践，收到较好的节能效果。

机采井 机械举升 合理匹配 节能 电动机

在油田开发进入强采阶段后，机械举升是实现强采的主要手段。就我国目前砂岩油藏的开发现状而言，多以人工补充能量为主，所遵循的基本开发原则是“在一定的采油速度条件下，努力实现注采平衡”。对于发育状况差异较大的主力与非主力油藏而言，在开发过程中为尽量实现其注采平衡、调整机采井的抽汲参数或改变其工作制度是必不可少的管理措施，但如何在日常的机采管理中实现节能降耗、追求企业效益的最大化，这一直是油田管理者与技术人员所追求的目标。

1 机采井举升能耗的理论极限

依据机采井节能理论研究成果，应用机采井系统效率的定义，在此给出了机采井举升能耗的理论极限。

机械采油井的有效功率为：

式中：

Q——油井的产液量，m3/d；

ρ——油井液体密度，t/m3；

g——重力加速度，g=9.8 m/s2；

H——有效扬程，m；

P电——电动机的有功功率，kW。

举升高度h的确定[1]：

如图1所示，在1-1、2-2断面上应用佰努利方程

当忽略hw1-2和v1时，有

当忽略v2时，有

此时

式中：

P套——油井的套压，MPa；

v1、v2——1-1、2-2断面上所选液体质点的运动速度，m/s；

r——油井液体重度，r=ρg；

P油——油井的油压，MPa；

hw1-2——1-1、2-2断面间的水头损失，m；

h——油井的动液面深度，m。

可见，水功率即为有用功率，它是机采井理论能耗的极限。

机采井举升过程中的能量是守恒的，机采节能是有极限可寻的。由此可以推出机采节能的实质为“在确保注采平衡的条件下，努力减少能源浪费，实现机采能耗的合理匹配”。

2 抽油机井电动机合理匹配理论的设计方法

2.1 机采井拖动装置节能的理论基础

机采井节能在理论上所追求的是“其机械特性与电动机特性间的合理匹配”，也就是说，真正实现机采井运行负载与电动机输出负载间的合理匹配。

现以抽油机为例，抽油机拖动装置的设计方法如下：

在抽油机拖动装置的设计中是依据满足抽油机曲柄旋转扭矩的要求来设计电动机的。

电动机扭矩的计算方法[2]可由下式表示：

式中：

M——电动机扭矩，N·m；

P——电动机功率，kW；

nd——电动机铭牌转速，r/min。

例如：CYJY10-3-37HB抽油机其减速箱额定扭矩为37 kN·m（n=9 r/min）。

所需最小电动机扭矩为444.97 N·m。

选用Y280S-837 kW电动机时，其扭矩为477.5 N·m，完全满足要求；

选用Y280S-645 kW电动机时，其扭矩为438.52 N·m，基本满足要求。

可见，同样是CYJY10-3-37HB抽油机，若选用Y280S-837 kW的电动机就能够完全满足要求，选用Y280S-645 kW的电动机仅能够基本满足要求。

2.2 供液不足井降低参数生产

为了满足严重供液不足的抽油机井在低冲速条件下生产的需要，尝试应用“机械调速装置”来进行降低冲速、实现供排关系平衡、合理控制能耗的试验，收到了较好的效果。说明供液不足井降低参数生产，是减少能源浪费的主要手段之一。

3 抽油机井能耗合理匹配的现场试验

结合现场实际，有针对性地筛选了喇3-231井与喇4-2131井进行常规电动机对调的合理匹配试验。

喇3-231井在用机型为CYJ10-4.2-53HB，使用冲程4.2 m，冲速7，在用电动机为TNM225M-822 kW永磁电动机，抽油泵为CYB70TZAM6.48-1.5。

喇4-2131井在用机型为CYJ10-4.2-53HB，使用冲程3 m，冲速6，在用电动机为TNM225M-8，功率55kW，抽油泵为CYB57TZAM6.64-1.5。

目前，喇3-231井在用的是节能电动机，处于超负荷运行，进入伏天后，存在烧电动机的隐患；而喇4-2131井又是“大马拉小车”，上述2口井具备实施电动机逐级匹配的条件。

应用抽油机拖动装置设计方法的理论，对喇3-231井与喇4-2131井的电动机进行了对调调整，情况见表1。

表1 电动机调整结果

2口井电动机对调后，从运行情况看，它们的消耗功率都有所降低，系统效率得到了一定的提高，其平均有功节电率达到了15.87%，达到了预期的效果。可以看出，喇3-231井与喇4-2131井的电动机对调是合理的。

4 现场应用

依据机械调速装置的适用条件开展了4口井的现场试验，见到了较好的效果。具体情况见表2、表3。

对比结果显示，平均冲速下降了2.87次/min，沉没度回升431.3 m，有功功率下降4.04 kW，平均单井日节电122.8 kWh。

5 结语

采油井节能的实质为：

在确保注采平衡的条件下，努力减少能源浪费，实现机采能耗的合理匹配。

表2 机械调速装置安装前情况统计

表3 机械调速装置安装后情况统计

现阶段油田开发所遵循的原则是：

以地质方案为龙头，以完成计划目标产量为宗旨，在确保注采平衡的条件下，努力减少能源浪费，实现机采能耗的合理匹配。

[1]中国兵器工业企业管理协会.抽油机技术规范 API Spec11E—1994（R2000）.北京北方资讯服务中心,译.北京:兵器工业出版社,2000:29-33.

[2]傅丰礼,唐孝镐.异步电动机设计手册[M].北京:机械工业出版社,2002:2.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.10.006

李际东，1994年毕业于黑龙江省化工学校，助理工程师，从事油田注水工作，E-mail：tianyl1@yeah.net，地址：大庆油田有限责任公司第六采油厂第二油矿注水队，163155。

2011-09-08）