地面设备节能技术的研究及应用

孙支林

(长庆油田公司采油三厂,宁夏 银川 750006)

地面设备节能技术的研究及应用

孙支林

(长庆油田公司采油三厂,宁夏 银川 750006)

长庆油田采油三厂系统性开展抽油机、注水泵、输油泵节能降耗技术研究，引进并采用先进节能技术和高效节能设备，提高用电效率，减少电量消耗。

一机两泵；节能降耗；效率

长庆油田采油三厂随着近年来地面设备的老化和生产规模的扩大，电耗费用呈逐年攀升的趋势，约占总成本的35%以上，直接影响到采油厂成本的降低和效益的提高。根据对油田机采、注水、集输等系统的调研分析，涉及到这三大系统的主要用电设备为一机（抽油机）两泵（输油泵、注水泵），所以，研究其相应的节能措施，引进并采用先进技术和高效配套设备，提高用电效率，减少电量消耗，对采油三厂乃至长庆油田“有质量、有效益、可持续”发展具有重要的意义。

一、抽油机节能技术配套

采油三厂拥有抽油机6493台，开井6350口，年耗电量约占采油三厂总用电量的56%。近年来，从抽油机、配套电机、电气控制这3个地面上影响系统效率的关键环节入手，采取节能技术单点实施，有针对性的实施新技术先导实验研究及应用，有效提高了系统效率，降低了运行成本。

1.新型节能抽油机的应用

目前，已试验应用过的新型节能抽油机有6种，分别是皮带式抽油机、一拖二抽油机、实心皮带轮抽油机、低冲次抽油机、七型抽油机、数字化抽油机，均取得了不同程度的节电效果。其中效果突出的有皮带式抽油机、低冲次抽油机、七型抽油机、数字化抽油机，平均节电率达到了20%以上。通过近几年的研究及实验，逐步形成了以下选型要求：一是10型以上首选皮带抽油机，不仅节能还具有价格优势；二是下泵深度在1600～1800m应用七型节能抽油机，抽油机采用大传动比减速器（减速比为1：44）＋8极电机，可实现2.5、3.5、5次／min，同时配套3件皮带轮，出厂时装最大皮带轮；三是大面积推广应用新型数字化无基础抽油机（游梁平衡的无基础调径变矩抽油机），该系列抽油机可实现实时数据采集、数据远传和抽油机调冲次、调平衡的自动控制等功能，其中的平衡调节装置采用配重箱在后臂上移动的方式，具有自动调节、手操电动及人工手摇调节3种平衡调节方式。系列数字化抽油机的研发成功实现了在因特网上管理抽油机及油井，提高了机采系统安全性和系统效率，达到了节能减排、简化操作的目的。

2.低转速电机的应用

依据长庆油田采油三厂“三低（低渗、低压、低产）”油藏特性和普遍采用定向井开发的特点，推广应用低速电机技术实现低冲次采油，降低设备损耗。其原理是：额定转速低（500r/min）可有效降低油井冲次，从而降低能耗。现场应用表明，对于冲次已降到最低、泵效仍然偏小的井效果较好（表1）。

表1 低转速电机应用效果

3.低能井间歇控制装置的应用

抽油机智能间歇节电自动控制装置具备自动智能停启间歇特性，能够保证抽油设备工作在最佳、最经济状态，在不影响油井日产液的情况下，实现节能降耗。分析安装智能间歇节电自动控制装置、实施间开的102口井，间开前平均系统效率10.8%，平均单井日耗电69.8kW・h。实施间开后产量平稳，平均泵效由9.24%提高到18.27%，平均单井日耗电由69.8kW・h下降到41.74kW・h（表2）。

表2 抽油机井实施间开效果

4.无功补偿技术的应用

无功动态补偿技术的原理是实时跟踪投切无功补偿量，降低低压线路末端损耗，增强电网带负载能力，提高抽油机电机的功率因数。无功动态补偿技术分为井组无功动态补偿和单井无功补偿。分析47套安装的无功补偿，安装后平均功率因数提高了0.37，综合节电率达10.3%（表3）。

表3 抽油机井应用无功补偿技术效果

5.丛式井组抽油机集中控制节能装置应用

CQ-YQY型丛式井组抽油机集中控制节能装置优化集成了共直流母线、无级变频调参、软启动、动态功率因数补偿等多项节能技术，可根据每个井场的具体井数定制柜体，每个井组只用1台节能控制装置就可实现多台抽油机集中控制、综合节能的目的。具有启动电流小，对电机和设备冲击小和根据油井出液情况动态调整抽油机的冲次等特点，可实现抽油机上冲程快，降低泵的漏失，下冲程慢，提高泵的充满度，从而提高泵效。长庆技术监测中心测试数据显示抽油机电机功率因数达0.95以上，电机装机功率可减小30%，综合节电率达20%以上。该装置还预留通信接口，可实现油井生产参数的自动采集、远程控制和数字化管理，可作为1个基本模块，嵌入到油田数字化管理平台中，以适应数字化油田建设的需要。

二、注水设备节能技术配套

采油三厂目前有注水站104座，配水间667座，注水泵(撬）311台，日注水能力119000m3，日注水量66539m3，电动机装机总容量4.8×104kW，平均注水单耗6.8kW・h/m3，注水系统用电量约占油田总用电量的30%。柱塞式注水站能耗较高的主要原因有两个方面：一是注入水水质差，柱塞式注水泵液力端维修频次高、泵效低、能耗高；二是泵、注水量不匹配，使高压水打回流，造成电能浪费。

1.节能型高效注水泵的应用

从2009年开始，针对原配套柱塞式注水泵易损件寿命短、泵效低、能耗高的问题，开展了柱塞式注水泵技术改造试验研究。截止2014年，先后改造14台注水泵机组。长庆技术监测中心依据SY/T6275-2007《油田生产系统节能监测规范》对柳三转等进行改造后能耗监测，2013年1月14台注水泵的监测结果表明，改造前注水泵平均机组效率69.06%，改造后注水泵平均机组效率79.71%，全部高于72%的节能监测限定值，比改造前平均提高10.65%。注水单耗改造前平均6.66kW・h/m3，改造后平均5.89kW・h/m3，降低了0.77kW・h/m3。在此基础上，2013～2014年共成功引进了29台节能型高效注水泵整机投入运行，注水泵平均机组效率85.12%。

2.注水站变频调速技术应用

对回流量大、电能损耗大的注水站，结合电动机功率以及回流量的大小，配套安装变频调速装置，减少回流量，达到提高注水系统效率和节能降耗的目的。截止目前，104座注水站248台注水泵全部安装了变频器。注水泵变频器具有易于控制泵的排量，减小站内回流，保持注水系统压力稳定等作用，具有较好的节能效果（综合节电率在10%～20%）。同时还可以实现注水泵软启动，延长注水设备的维修周期，从而减少注水机泵和阀门的维修费用，减轻人员的劳动强度。

3.局部增压技术应用

对于个别井注水压力高的情况，采用局部安装注水撬或增压泵，不需要注水系统整体升压改造，可以降低投资，达到节能降耗的目的。采油三厂自2008年开始在塞392区产建使用第一台注水撬，经过6年的试点、推广，目前已在全厂13个作业区推广使用不同型号的各种注水撬64台。

三、输油设备节能技术配套

采油三厂各级场站主要选用多级离心泵和油气混输泵进行原油外输，共计594台。根据工艺要求，离心泵在投产选型时，采用宁大勿小原则，还要考虑为输送系统在不良工况下运行预留扬程空间。并且泵在长期运行中，由于各个输送系统的变化，输送系统中的管压都比原来有所下降，泵压远大于所需的扬程。泵使用时，通过调整出口阀门或开旁通等办法来控制泵的出口压力，以适应系统的运用要求，存在严重的大马拉小车现象。运行状态很不经济，且离心泵是高耗能设备，所以必须要进行节能改造。

1.多级离心泵叶轮抽级的应用

多级离心泵中每级叶轮的水力性能一致，根据工况参数通过加减叶轮确定泵的扬程，抽级后的水泵扬程降低、流量增大，可节约电能（表4）。且水泵的抽级和恢复是可逆的，运用离心泵的这个特性进行泵叶轮的抽级改造。2014年对单台设备能耗高的71台大功率离心泵进行叶轮抽级优化，年节约电量超过500万kW・h。

表4 各站点离心泵改造前后对比及节约费用

2.自平衡离心泵的应用

选用不另配套平衡装置的自平衡离心泵，该泵采用对称布置叶轮，基本消除了平衡力，不存在平衡装置的圆盘磨损和回流损失，比同参数的离心泵泵效率提高3%～14%。由于无平衡装置，彻底解决了因平衡装置失效而平衡盘和平衡盘座的磨损、转子咬死等故障，极大地延长了泵的使用寿命。在流量、扬程相同情况下，对泵的节能效果比较（相同的工作参数，选泵型号及轴功率、配套功率的比较）见表5。

3.输油泵变频调速技术应用

表5 自平衡多级离心泵节能效果比较

变频调速节能方法的主要优点是可调节范围大,节能效果显著，并通过降低设备转速能改善设备运行工况,提高设备安全性能,延长设备使用寿命,其经济调速范围为额定转速的50%～100%。另通过额外的控制系统,能根据压力或液位等达到自动调节的目的。采油三厂推广应用变频调速方法不仅实现了场站原油输送连续运行，降低了凝管带来的安全风险，还改善了工艺，节约了电能。

四、结语

长庆油田采油三厂紧密结合生产、工艺实际，围绕地面三大类核心设备：抽油机、注水泵、输油泵，多措并举，开展节能降耗技术研究，引进并采用先进节能技术和高效节能设备，提高了用电效率，减少了电量消耗，为采油三厂低碳节能、绿色发展提供了有力的技术支撑。

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