呂亳龍　解紅軍　陳由旺　劉向陽(yáng)

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司）

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油田電動(dòng)機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀及提效對(duì)策

呂亳龍1解紅軍1陳由旺1劉向陽(yáng)2

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司）

電動(dòng)機(jī)是油田生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)用最多的耗電設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中，由于工況變化、負(fù)載波動(dòng)等原因，電動(dòng)機(jī)常出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，運(yùn)行效率低，提高油田電動(dòng)機(jī)能效水平對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能至關(guān)重要。分析電動(dòng)機(jī)提效面臨的形勢(shì)和油田電動(dòng)機(jī)特殊運(yùn)行工況，提出淘汰新低效高耗電動(dòng)機(jī)、推廣高效電動(dòng)機(jī)，實(shí)施低效電動(dòng)機(jī)高效再制造及電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)，加強(qiáng)管理、分批建設(shè)、合理備用等電動(dòng)機(jī)提效措施。

電動(dòng)機(jī)效率對(duì)策

1　現(xiàn)狀及存在問題

電動(dòng)機(jī)是油田生產(chǎn)中應(yīng)用量最大的耗能設(shè)備，其應(yīng)用范圍廣，耗電量大，不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)所需的電動(dòng)機(jī)裝機(jī)容量不同。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)石油油田企業(yè)主要耗能設(shè)備驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)共有20多萬臺(tái)，年總耗電量約280×108kWh，占全油田總耗電量的65%左右。油田企業(yè)主要耗電設(shè)備集中在抽油機(jī)、注水泵兩類，總裝機(jī)容量占油田所有電動(dòng)機(jī)的72%。

抽油機(jī)是油田應(yīng)用最多、耗電量最大的耗能設(shè)備，抽油機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力來自于抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)荷轉(zhuǎn)矩為井下負(fù)荷扭矩和平衡機(jī)構(gòu)扭矩之和，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率取決于油井井下負(fù)載液量波動(dòng)、抽油桿柱匹配、抽油機(jī)平衡調(diào)節(jié)、抽汲參數(shù)調(diào)整等因素，目前機(jī)采系統(tǒng)平均效率為24.6%，而國(guó)外油田機(jī)采系統(tǒng)平均效率達(dá)30.05%，油田抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行存在以下的問題：

1）“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重。抽油機(jī)井不規(guī)則周期波動(dòng)負(fù)載，決定了抽油機(jī)需要選配較大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，但抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于平衡裝置的作用，電動(dòng)機(jī)大都處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，負(fù)載率較低，不可避免形成“大馬拉小車”現(xiàn)象［1］。

2）運(yùn)行效率低、功率因數(shù)低。抽油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)載率較低且抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷交變，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，增加電動(dòng)機(jī)自身?yè)p耗；另外抽油機(jī)由于不平衡狀態(tài)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)功率，有功電能隨著負(fù)功率的吞吐變化增加了電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的損耗，導(dǎo)致功率因數(shù)較低。

3）低效高耗電動(dòng)機(jī)仍有使用。抽油機(jī)使用數(shù)量大，且大都產(chǎn)建年代較早，部分電動(dòng)機(jī)老化嚴(yán)重，能耗高，維護(hù)費(fèi)用高，目前仍有部分電動(dòng)機(jī)不能滿足GB 18613—2012《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》規(guī)定的能效等級(jí)3級(jí)要求，低效電動(dòng)機(jī)的使用，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率低、耗電量大。

4）動(dòng)平衡及抽汲參數(shù)優(yōu)化不及時(shí)。我國(guó)主力油田區(qū)塊大多分布在山區(qū)、沙漠、戈壁，抽油機(jī)所處環(huán)境惡劣且露天連續(xù)作業(yè)，無法根據(jù)井下液量充滿情況及時(shí)調(diào)整抽汲參數(shù)和抽油機(jī)平衡度，并進(jìn)行電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)，電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)常出現(xiàn)負(fù)功率，負(fù)載交變運(yùn)行，損耗增加。

5）地面電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)匹配不合理。隨著采油周期推進(jìn)，井下工況會(huì)發(fā)生較大變化，地面電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)無法根據(jù)采油工況變化動(dòng)態(tài)調(diào)整容量及工作方式，造成系統(tǒng)匹配不合理，系統(tǒng)運(yùn)行效率低。

注水泵電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率占油田使用電動(dòng)機(jī)的比例最大，我國(guó)油田主要采用注水驅(qū)動(dòng)開發(fā)方式，大部分油田地層滲透率相對(duì)較低，需要高壓大排量注水以滿足開發(fā)需求。在注水開發(fā)過程中，由于注水井堵塞、同一區(qū)塊注水壓力等級(jí)不同，隨著開發(fā)進(jìn)行單井注入壓力變化大，因滾動(dòng)開發(fā)注水系統(tǒng)面積擴(kuò)大難以將泵排量和注水壓力最優(yōu)匹配等原因，注入工況呈階段性變化。而注水系統(tǒng)是以注水泵站為中心的系統(tǒng)工程，難以針對(duì)注水單井或某個(gè)區(qū)域的注入情況變化而及時(shí)優(yōu)化改造注水泵站運(yùn)行工況。因此，產(chǎn)建初期，大部分注水泵站根據(jù)開發(fā)注水預(yù)測(cè)，配備滿足最大注水需求的注水泵及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，以適應(yīng)中長(zhǎng)期開發(fā)需求，導(dǎo)致注水系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行匹配不合理。另外，仍有部分注水泵電動(dòng)機(jī)未實(shí)施變頻控制，注水泵工頻運(yùn)行，在注水管網(wǎng)進(jìn)行節(jié)流或打回流控制壓力和流量，造成能量浪費(fèi)；部分注水泵電動(dòng)機(jī)尚屬低效高耗淘汰電動(dòng)機(jī)，能效等級(jí)低，運(yùn)行效率和功率因數(shù)低，導(dǎo)致注水系統(tǒng)效率低。

2　電動(dòng)機(jī)提效措施

油田生產(chǎn)中，抽油機(jī)、注水泵、壓縮機(jī)等耗能設(shè)備不可避免地面臨由于生產(chǎn)工況變化造成的運(yùn)行不匹配問題。因此，油田電動(dòng)機(jī)提效工作應(yīng)著重以下幾方面：

1）淘汰低效高耗電動(dòng)機(jī)。對(duì)油田在用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行排查，充分應(yīng)用管理手段，對(duì)納入國(guó)家工信部頒布的《高耗能落后機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）淘汰目錄》（第一批～第三批）的低壓電動(dòng)機(jī)中的J、J0、J02等及其派生系列產(chǎn)品、2003年（含）前生產(chǎn)的Y、Y2、Y3、YB、YB2系列產(chǎn)品予以明令淘汰。

2）推廣應(yīng)用高效電動(dòng)機(jī)。隨著高效電動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品更新，根據(jù)實(shí)際工況選擇合適的高效電動(dòng)機(jī)，如抽油機(jī)應(yīng)用稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)、變頻電動(dòng)機(jī)、高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)等；注水泵和壓縮機(jī)應(yīng)用高效YE2、YE3電動(dòng)機(jī)等。

3）低效電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高效再改造。與具備電動(dòng)機(jī)高效再制造能力的企業(yè)合作，對(duì)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的低效電動(dòng)機(jī)開展個(gè)性化再制造研究，實(shí)現(xiàn)“以舊換再”。電動(dòng)機(jī)高效再制造，不但可將低效電動(dòng)機(jī)再制造為高效率等級(jí)電動(dòng)機(jī)，并且可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)材料循環(huán)利用，減少資源浪費(fèi)。

4）電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)。電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造是針對(duì)系統(tǒng)采取的設(shè)備提效、合理匹配等優(yōu)化改造手段，對(duì)于不同電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及運(yùn)行狀態(tài)，可實(shí)施不同的系統(tǒng)節(jié)能改造，如變頻調(diào)速技術(shù)、變極調(diào)速技術(shù)、相控調(diào)壓技術(shù)、優(yōu)化運(yùn)行和控制技術(shù)等。

5）對(duì)于新建產(chǎn)能設(shè)施，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)預(yù)測(cè)分批建設(shè)，合理備用，避免過大的設(shè)計(jì)裕量和“一步到位”建設(shè)造成的資源浪費(fèi)；根據(jù)實(shí)際工況優(yōu)先選擇合理匹配的高效電動(dòng)機(jī)。

6）加強(qiáng)管理，挖掘管理節(jié)能潛力。油田生產(chǎn)點(diǎn)多面廣，較為分散，且生產(chǎn)狀況變化頻繁，應(yīng)制定合理的管理規(guī)程，根據(jù)工況變化對(duì)抽油機(jī)調(diào)參、注水泵優(yōu)化啟泵等重點(diǎn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)施精細(xì)化管理，使電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)高效運(yùn)行。

3　結(jié)語

隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策出臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)，各油氣田企業(yè)在推動(dòng)電動(dòng)機(jī)能效提升方面做了大量的工作。總體來講，油田電動(dòng)機(jī)提效工作應(yīng)著重從抽油機(jī)、注水泵這兩類用量大、耗電量大的電動(dòng)機(jī)入手，針對(duì)性地分析其運(yùn)行工況及存在的問題，綜合應(yīng)用更新淘汰、高效再制造、節(jié)能技術(shù)改造等技術(shù)手段全面提升電動(dòng)機(jī)本體能效水平，另外，還應(yīng)強(qiáng)化管理，應(yīng)用精細(xì)管理措施充分挖掘管理節(jié)能潛力，切實(shí)貫貫徹落實(shí)國(guó)家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策要求，全面推進(jìn)電支思想內(nèi)容提效工作，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，循環(huán)發(fā)展提供支撐。

［1］郭慧彬.油田電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行決策支持系統(tǒng)研究［D］.吉林：吉林大學(xué)，2009.

頁(yè)巖氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量1068×108m3

國(guó)土資源部2015年10月21日發(fā)布的《中國(guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告（2015）》顯示，2014年我國(guó)油氣勘查取得重大突破，頁(yè)巖氣首次探明地質(zhì)儲(chǔ)量1068億方。繼美國(guó)、加拿大之后，我國(guó)已成為世界第三個(gè)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣工業(yè)化生產(chǎn)的國(guó)家。截至目前，我國(guó)已頒發(fā)頁(yè)巖氣探礦權(quán)54個(gè)，勘探面積達(dá)17×104km2，主要集中在四川盆地及其周緣地區(qū)。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.11.018

2015-08-11）

呂亳龍，工程師，2012年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）（油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)），從事油氣田與管道節(jié)能節(jié)水技術(shù)研究與管理工作，E-mail：lvbolong@petrochina.com.cn，地址：北京市志新西路3號(hào)中國(guó)石油規(guī)劃總院，100083。