大庆油田机械采油节能技术现状及展望.pdf

《大庆油田机械采油节能技术现状及展望.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

会议论文大庆油田机械采油节能技术现状及展望杨野(大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆163453)进行了剖析，对大庆油田机械采油节能技术的成功做法做了全面阐述。同时，孵善鞠湖。；大庆油萎言械采油节能技术的发展形势和重点攻关方向进行了展望。田；节能减排；机械采油；低碳经济中图分类号：TE355．5文献标识码：A文章编号：1009—9492(2010)11—0132—041引言虽然大庆油田机采井节能工作面临很多困难，但是也存在较大挖潜空间．具体分析如下。大庆油田是中国最大的油田．也是世界大型陆上砂岩油田之一。油田开发50年以来，已累积生产原油近2O亿2．1以单耗预测节能潜力分析吨。近几年，积极开展机采井节能技术的研发及应用，创机采井举升单耗若再减少l0％．则全油田可实现节电新出了多项机采井节能配套技术，包括抽油机井井下提高4．4X10W·h。机采井平均系统效率提高3个百分点，可泵效和地面拖动系统控制的立体节能配套技术已得到普遍实现节电4x108kW·h．若201l～2015年将770口抽油机井应用，自主研发的投资低、能耗低的螺杆泵采油技术已成转为提捞井，可实现节电0．4xlOW·h。为大庆油田的第二大机采方式。近几年在油井井数、产液2．2单项措施节能潜力分析量明显增加的情况下，机采能耗保持基本不增，但机采井(1)抽油机井节能配套措施潜力。通过对非节能设备仍有节能潜力可挖，需要开发研究新一代节能技术。采取更换以及节能改造的方式．使现有抽油机井全部采取为贯彻国家节能减排工作要求加大节能减排力度．达节能措施，预计措施后可实现节电2．Ox10kW·h。到企业节能减排的目标。降低机采井能耗已势在必行。在(2)电泵井节能措施潜力。通过采取地面无功自动补能源供应紧张、节能减排形势十分严峻的今天，开发应用偿、变频技术以及节能电机等措施，提高现有电泵井经济机采系统节能减排技术不但有可观的经济效益。还有着重运行水平，预计措施后可实现节电0．5xl04kW·h。大的社会效益。(3)螺杆泵井节能措施潜力。通过加大变频等措施应2节能潜力分析用力度，保持螺杆泵井高效运转的同时．达到节能降耗的大庆油田自1981年开始转抽，至2009年底，共有抽目的，预计措施后可实现节电0．4x10kW·h。油机井40790口，占机采井总数的79．7％，有效时率(4)举升方式调整措施潜力。根据油井产液变化，适96．7％，总装机功率约为134．6x104kW，平均单井装机功率时将部分高能耗机采方式转变为低能耗机采方式，加大螺杆泵及提捞采油的应用规模．预计措施后可实现节电1．5×为33kW．作为油田的主要耗能设备，对整个油田的综合开发效益影响较大。l04kW·h。影响抽油机井系统效率的主要因素存在于以下几个方3节能技术现状面：一是产量低，造成泵效偏低，单耗高，是影响系统效大庆油田在节能技术上．始终坚持“应用一代、研发率的最主要因素；二是载荷利用率低。由于投产运行时间一代、储备一代”的思路，不断推广应用效果显著、经济较长，现有抽油机井机型明显偏大，统计22962口井载荷效益好的节能技术和产品：注重新工艺、新技术、新方法利用率。低于70％的抽油机井占统计井数的86％，造成装的试验开发；积极探索有发展前景的新技术，把握未来技机功率偏大，能耗高。术发展方向．为油田节能T作可持续发展提供技术保障。收稿日期：2010—10—19[二]丑] 粤港会议“十一五”以来，大庆油田通过开发抽油机机型优选及节繁交变加速了油管的疲劳破坏。为此推广应用油管锚定技能配套技术、机采方式优选、机采井节能再制造r程技术，可以控制油管柱伸缩，避免泵筒与套管之间发生相对术，加大节能措施应用力度，强化生产管理，形成规模效位移，从而提高泵效，增加产液量，提高抽油机井系统效益。与“十五”末相比，在油井总数增加26．4％、产液量率。同时能够改善抽油泵丁作时的受力状况，减轻杆管磨增加10．9％的前提下。机采井总耗电仅增长1．1％损．取得r良好的应用效果。3．1抽油机井节能配套技术3．2螺杆泵井节能配套技术(1)抽油机井优化设计及降机型技术螺杆泵采油作为一种新兴的人工举升方式，投资少、大庆油田开发已进入特高含水期，特别是三次采油技术设备结构简单、操作方便、节能效果明显以及适应性强等的普遍应用．油井产液量变化规律、采出液性质发生了变特点，能有效降低采油成本，提高采油效益，具有抽油机化．抽油机井沿用原有设计方法，安全系数过高．负载计柱塞泵、潜油电泵、水力活塞泵等机采方式无法比拟的优算误差偏大．特别是没有考虑拖动系统的技术进步以及抽点而倍受国内外油田重视，在油田高含水期挖潜增效的作油机结构的变化，导致抽油机井存在选型不合理、载荷利用日益凸显用率偏低、设备匹配不合理、系统效率低的现象。通过开大庆油田白1986年引进螺杆泵以来，经历了引进、展大庆油田抽油机优化选型设计理论和设计方法研究，优消化吸收、自主开发三个阶段，九五期间，主要攻克了选节能设备．实现优化技术配套，达到降低抽油机型号和螺朴泵定转子抱死和定子橡胶脱胶等技术难题，十五以装机功率，实现提高抽油机井系统效率和降低能耗的目的。来，主要攻克了螺杆泵热洗清蜡、驱动装置漏油、杆柱断推广应用了“抽油机井系统优化设计软件”和“能耗脱和测试诊断等技术难题。到目前为止，取得了4项主体最低机采系统设计软件”，已全面应用于各采油厂油井作核心技术和l0项重大配套技术的创新成果。地面驱动杆业施工设计当中目前已利用优化软件实施整体优化设计式螺杆泵采油技术已成熟配套，成为继游梁式抽油机和潜7719口井，措施井系统效率提高4．7个百分点，平均升油电泵之后的主力人工举升方式，在聚合物驱和三元复合日节电25．2kW·h。驱中表现出良好的适应性，成为大庆油田三次采油的主要(2)抽油机参数优化技术机采方式．目前应用于聚驱、三元驱的螺杆泵井数达到1)抽汲参数优化2657口．占到螺杆泵总井数的46．5％。此外，螺杆泵采油抽汲参数优化是改善设备运行状况、降低机采能耗最技术还在哈萨克斯坦、吉林、玉门等十几个油田得到推广直接、最经济的手段。与2005年相比，全油田抽州t机井应用。平均泵效由44．1％提高到45．7％，提高1．6个百分点，冲次“十一五”以来．随着以螺杆泵为代表的低能耗举升方式的不断发展与完善，大庆油旺=f加大了螺杆泵应用力利用率由54．2％下降到49．9％，降低4．3个自’分点。2)低冲次抽油机举升技术度。一是在产能新井上，共应用螺杆泵1611口，占投产目前国内外实现抽油机低冲次采用的办法主要有以下新井总数的l5．5％；二是结合举升方式调整转换，实施抽几种：应用二次皮带减速装置降低抽油机冲次：应用变频油机、电泵转螺杆泵1080口。螺杆泵井数由2oo5年的器控制装置降低抽油机冲次；应用超低转速大启动扭矩电2001口增加到2009年5714口．占机采井数比例由5．O％提高到9．5％。年耗电量约占采油生产耗电的十分之一。已动机降低抽油机冲次。以上方案普遍存在可靠性差、传动效率低等实际问题。鉴于此，开发研制了抽油机专用大传逐渐成为油田主要耗能设备动比三级减速器来降低抽油机冲次，这种实现降低捕油机3-3外围低产井节能配套技术冲次的方式在国内还是空白，现场应用41口井结果表明，(1)提捞采油技术平均节电率达到47％。针对产液量小、抽汲参数最小仍严重供液不足的井采(3)抽油机节能配套技术用提捞采油，提捞采油作业主要由提捞车和罐车配合完1)高效多杯等流型气锚技术成。提捞采油工程车及相关的配套技术日趋成熟，满足了研制了多杯等流型气锚，使油气充分分离，可大幅度小井眼、深井、稠油井等不同井况提捞采油生产的需要，提高井下抽油泵的泵效和抽油机井原油产量。截止2009对低产油井，采取提捞采油措施．为有效开发外围“三年底共计现场应用1357井次，对比l184口井，平均单井低”油田．减少生产操作成本，延长老区块的经济开采期增液14．2l／d、单井增油0．9t／d，平均泵效上升了l2．3个百探索了新途径。分点．沉没度下降了156．4m，系统效率提高了4．57个百至2008年底，大庆油田提捞油井数量已达到3568分点，吨液百米耗电下降了0．2kW·h，节电率为15．7％，口．占机采井总数的7．1％，主要是外围低产以及偏远无集输管线油井。节能增效成果显著。2)油管锚定技术(2)间歇采油技术问歇呆油节能技术能够有效解决抽油机长期处于相对抽油泵抽油时．在上、下冲程中，油管的伸长与缩轻载状态和空捕的问题．提高有效抽取时间，减少无效行短．造成了抽油泵的冲程损失，动液面越深，油管的弹性变形越大．冲程损失也越大，泵效越低。另外，载荷的频程，在保证采油量的前提下，节约了大量电能，同时还能r_———————]——¨_——1———■—]{．．l』I_．=_{ 粤港会议论文够起到减少机械磨损、延长设备使用寿命的作用。为此开发挥螺杆泵举升技术优势，提高螺杆泵采油经济效益。展了间歇采油节能技术的研究。通过建立四参数与能耗之等壁厚定子螺杆泵前期现场试验3O口井，平均泵效间的关系模型，优化问歇采油工作制度，完善配套技术．72％，平均动液面520m，平均系统效率35．9％，与目前大取得了较好的效果。庆油田常规螺杆泵平均水平相比，等壁厚定子螺杆泵泵效2009—2010年．以间歇采油合理工作制度优化方法为高16．6个百分点、动液面深31．3米、系统效率高5．7个百指导。实施间歇采油332口井，综合节电率达到55％。分点，表现出良好的现场应用效果。3．4机采设备节能再制造技术(2)地面直驱螺杆泵举升工艺大庆油田应用了节能型抽油机和节能电机，取得了一针对常规螺杆泵地面驱动系统传动效率低、防反转机定节能效果。其中节能抽油机主要有双驴头、低矮型、摆构安全性差等问题。开发了低速大扭矩高效永磁同步电杆式、摩擦换向式、下偏杠铃型等类型，电机方面。节能机、实现无级调参的新型地面直驱螺杆泵地面直驱装置。电机包括双功率电机、高转差电机、永磁同步电机、高启与常规驱动方式相比，螺杆泵地面直驱装置具有节能效果动转矩电机和双极双速电机。显著、设备运转平稳程度高、现场操作更为简单灵活、系节能抽油机和节能电机的使用．对抽油机井节能降耗统安全性能提高等突出特点。起到了积极的作用。但是，目前大庆油田在用抽油机仍以从螺杆泵的能耗情况看．普通螺杆泵比抽油机节电非节能型抽油机为主．占抽油机总数的83．0％。2O％～23％；直驱螺杆泵又比普通螺杆泵节电l6％～17％。(1)常规抽油机节能再制造技术从节能的角度考虑．选用直驱螺杆泵应是抽油机转螺杆泵近年来．大庆油田积极开展老机型抽油机的改造工的最佳选择。目前该项技术已经基本成熟配套，并在大庆作。由于具有变动较小，容易实施且节能效果较好等优油田推广应用。点。在众多节能型抽油机中选择了下偏杠铃抽油机和双驴(3)全平衡抽油机举升配套工艺头抽油机作为改造目标。通过节能效果对比测试．在同种针对5m3／d以下的低产低效油井系统效率低、采油成工况条件下．下偏杠铃改造机相对偏置型抽油机节电本高的问题，开发了新型全平衡抽油机。该抽油装置主体24．5％。双驴头改造机相对偏置型抽油机节电23．8％。为塔架式结构，动力部分为外转子直驱电机，电机直接驱(2)常规电机节能再制造技术动滚筒转动，电机外转子即为驱动滚筒，缠绕在滚筒上的目前大庆油田油田在用抽油机井中．共有非节能电机钢丝胶带分别与悬挂式配重箱及井口光杆连接．滚筒通过23286台，占电机总数的61．0％．数量较大，全部更换难正反方向转动，带动缠绕在上面的钢丝胶带运动。实现抽度很大。为了探索常规电机实施节能改造的有效途径．大汲动作。庆油田结合自身实际．开展了诸多电机节能改造尝试，见该抽油装置可以通过改变杆柱系统的运行规律．达到到了明显效果．也积累了一些经验提高泵效的目的；采用精确平衡，改善平衡状态；采用外目前常规电机改造成节能电机主要有以下几种方案：转子直驱电机，提高系统效率，达到节能降耗、降低采油一是将常规电机改造成永磁电机：二是将常规电机改造成成本的目的。目前已经现场试验两口井，系统效率可提高双功率电机；三是将常规电机改造成双速双功率电机。由10％以上。于将常规电机改造成永磁电机费用高．经济性较差．因(4)潜油柱塞泵水平井举升工艺此．后两种电机改造方案是“十一五”期间节能降耗重要针对大庆油田外围低产低渗透油田生产中，开发成本技术改造措施。高、下泵深度难以满足产能要求的现状，开发了往复式潜4新型节能举升工艺开发油柱塞泵举升工艺。该工艺采用直线往复潜油电机带动抽近年来，大庆油田加大科技投入力度，研制开发了多油泵工作，可实现小排量井高效举升。该工艺尤其适合于种节能举升工艺技术，取得了多项技术成果和突破。其中外围低产水平井生产，井下泵可进入水平段，实现最大程地面直驱螺杆泵举升工艺等多项成果已经进人现场试验并度满足油井产能需求。目前，已在采油七厂、八厂、九厂见到良好的效果。等外围油田开展现场。取得了良好的应用效果。(1)等壁厚定子螺杆泵举升工艺(5)机采系统自动控制技术螺杆泵定子是影响其使用性能及寿命的关键部件。常通过开发应用机采井自动控制技术。可实现机采井的规螺杆泵定子厚薄不均的橡胶衬套在工作条件下的溶胀、温远程控制、抽汲参数的自适应调整等功能。目前采用的伺胀也不相同，产生的热量主要聚集在橡胶最厚的部分，因此服拖动系统是自动控制系统中的一种，它用来控制被控对降低了定子橡胶衬套的型线尺寸精度，改变了定转子啮合作象的转角(或位移)，使其能自动地、连续地、精确地跟用，增大了摩擦损失，降低了泵工作效率和使用寿命。通踪输入指令。它通常是具有负反馈的闭环控制系统。伺服过对螺杆泵结构和参数的优化，将定子橡胶衬套设计成均拖动系统具有无级调速、软启动、系统化节能、工作模式匀厚度，开发了新型等壁厚定子螺杆泵，其技术优势是螺灵活设置、负载柔性匹配等多种功能。在节能测试检测杆泵在运转时具有更高的型线精度．有利于长时间维持高中．伺服电机相比异步电机，节能效果显著，综合节电率泵效、延长使用寿命。从而进一步提高系统效率，更好地可达27．6％。r————————T—————1———————]L一一I三I．1 粤港会议5节能技术展望部分油田进行规模推广。5．1“十二五”的形势和任务(4)金属定子螺杆泵举升技术该技术采用金属作为定子，突破了传统橡胶定子螺杆(1)机械采油能耗压力逐年增大泵的额定工作温度范围，适用丁稠油热采举升丁艺应用。根据开发安排．为保证大庆油田原油4000万吨持续国外PCM公司在加拿大阿尔伯塔油砂矿开展了现场试验．稳产，在“十二五”期间，油田开发和生产建设规模将继巴西的稠油生产中也进行了金属螺杆泵现场试验。续扩大，油田生产能耗控制难度增大。为缓解油田能耗(5)风力发电举升配套技术力，必须大力开发低碳环保举升工艺技术．这是今后油田大庆油田地处东北平原，具有丰富的风能资源。利用开发巾的～项重要1-作风力发电为机采井提供动力是一项非常有价值的工作．该(2)举升系统生产动态日益复杂项技术若能大面积推广将实现机采井节能减排T作的突破随着大庆油田进入高含水开发后期，油田Jf采呈现多性进展日前存采油六厂经开展了先导性试验。该技术样性：聚骆、_二元复合驱、氧化碳驸等多种开发式共特别适合于小排量、间抽升、尤是边远地区生产井的存，生产井流人动态和采介质特性将更加复杂，对机采丌采：存国内外多数油田都具有良好的应用前景。井设备运行势必造成较大影响，冈此，机采节能T作将(6)数字化举升配套fr艺技术面临更大的困难。对此．应重点开发对举升介质适应性强、同时更加高效环保的举升r艺技术一方面，机采井的分析、设汁和T作参数优化等常规管理f也将从井逐渐扩展到开发块的伞部机采井：(3)油田整体开发需求日益迫切另一‘而．机采仆的各项措施将油田丌发方案紧密相为了最大程度提高油田综合效益，今后油田的开发将火，通过智能动态监测、分析和控制等先进数字化技术，更加强调专、I集成，逐渐向跨行、l、多学科联合攻关的形刈机采片的举升系统进行全、仝生命期的动态控式转化．并形成勘探开发一体化的：{奉，F发模式机采扑制，从而最大程度满足整个区缺、乃至全油田的开发生产节能技术的应用也将更多的和油田整体开发方案相结合，要求，充分实现机采井的低碳低排放生产，建设绿色油突出油田开发的整体效益和长期效益。对此，应覃点开发田。新型举升方式。5．2重点攻关方向和技术6结论(1)大庆油田机采井数量大、效率低、能耗高．是油(1)同井注采T艺技术田的用电大户，开发机采井节能技术对于建设低碳经济和该技术通过开展井下油水分离技术研究及应川，将观绿色油田具有重要意义有的油井举升系统进行改进并与井F油水分离技术结合，(2)“十一Ⅱ”以来，火庆油出通过开发抽油机机型对产出液进行油水分离，含水较高的产出液直接回往到注优选及节能配套技术、机采方式优选、机采井节能再制造入层，含水较低的产出液举升至地面，实班同注采：该丁程技术，』Jn大节能措施应用力度，强化生产管理．形成T艺的实施．一方面可控制无效产液，减少油井产m水规模效益与“五”术相比，在油井总数增加26．4％、量．有效缓解地面水处理压力，在特高含水条件下油l井仍产液量增加10．9％的前提下，机采井总耗电仅增长1．1％。可经济有效开采，延长了油田开发周期，提高油田采收率。另一方面，可替代水井，减少地面注水量，提高注水节能减排T作取得著成效。效率，减少地面油气集输系统建没规模，大幅度降低地面(3)近年来，大庆油IjJ加大科技投入力度．研制开发设备能耗和水处理成本。同时还可以增加注水层系及注水了多种节能举升一[艺技术，取得了多项技术成果和突破．井点，为完善注采关系提供有利条件。该艺技术的研发其中地面白=驰螺”泵举升T：艺、全平衡抽油机、往复式潜成功及丁业化应用对于整个油田行业将产生深远影响。油柱塞泵等多项战果已经进入现场试验并见到良好的效果。(4)今后，大庆油田将继续坚决贯彻实施国家节能减(2)潜油螺杆泵举升技术排政策，通过f{主创新、科学引进等手段大力发展高效节潜油螺杆泵采油技术，在升采商黏度、高含蜡、高含能举升工艺，进一步提高节能减排效果，建设低碳环保绿砂、高含气原油，在斜井、水平井、沼泽区块和海上平台作业中具有独特优势，不存在断杆、偏磨和管漏故障，近色油田，为油田可持续发展做更大的贡献。参考文献：几年在国内外油田的应用规模逐步扩大。与国外7“以上[1]2010年大庆油田节能项目建议计划[R]．大套管条件不同．国内油田在51／2”套管中的应用仍然[2]大庆油田2010年机采节能规划[R]．存在诸多问题。主要是减速器的使用寿命较短，影响了潜[3]大庆油田抽由机节能技术应用与发展『A]．大庆油田节能拖油螺杆泵采油技术的进一步发展。目前正在开发的低速潜动研讨会．2008油螺杆泵有望解决以上问题。(3)潜油隔膜泵举升技术作者简介：杨野，男，1963年生，黑龙江泰来人，博士．教授该举升]二艺采用潜浦电机带动井下往复隔膜泵生产，级高级工程师．．研究领域：采油工程研究及管理已发表论文l2特点是无杆柱故障、对于介质适应性强，目前已在俄岁斯篇。f编辑：王智圣)