于寶昌 艾洪參 王琪鵬 李鎖 綦建華（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

油田機(jī)采井系統(tǒng)舉升用電既是耗電大項(xiàng)又是節(jié)電挖潛的重點(diǎn)，隨著喇嘛甸油田原油產(chǎn)量的遞減，噸液耗電量越來越高，每年都超出廠要求的噸液耗電指標(biāo)， 2018 年機(jī)采井系統(tǒng)年開升耗電44 549.91×104kWh。因此進(jìn)一步提高耗電控制水平，深入推進(jìn)節(jié)能減排工作，勢(shì)在必行。大慶油田第六采油廠積極開展降低機(jī)采井系統(tǒng)耗電量工作[1]，對(duì)機(jī)采井耗電展開分析，堅(jiān)持系統(tǒng)優(yōu)化、挖潛增效，找出耗電的主要點(diǎn)項(xiàng)和節(jié)電挖潛的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確認(rèn)節(jié)電挖潛優(yōu)化管理的主攻方向[2]。

1 機(jī)采井系統(tǒng)節(jié)電管理模式

1）節(jié)電管理網(wǎng)絡(luò)化。通過構(gòu)建節(jié)電挖潛管理網(wǎng)絡(luò)，對(duì)機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電挖潛工作實(shí)行精細(xì)化運(yùn)作、規(guī)范化管理。通過構(gòu)建電能防竊管理網(wǎng)絡(luò)，加大油田機(jī)采系統(tǒng)電能防竊管理力度、打擊程度，將深挖節(jié)電潛力和降低電能流失的雙項(xiàng)管理工作確定到人、指定到位，具有網(wǎng)絡(luò)化節(jié)電管理特點(diǎn)。

2）節(jié)電挖潛技術(shù)化。圍繞機(jī)采井節(jié)電進(jìn)行技術(shù)研發(fā)、推廣與應(yīng)用，以機(jī)采井耗電最少狀態(tài)為優(yōu)化主題，推廣與應(yīng)用個(gè)性化無功補(bǔ)償節(jié)電技術(shù)，研發(fā)、推廣功率法調(diào)平衡節(jié)電技術(shù)[3]，在節(jié)電技術(shù)創(chuàng)新上多挖潛，不但取得了顯著的節(jié)電效果，而且還展現(xiàn)了油田機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電挖潛的技術(shù)性。

3）節(jié)電效果最大化。推行增加舉升方式轉(zhuǎn)換井?dāng)?shù)、增加節(jié)能技術(shù)應(yīng)用類型的“雙增”管理措施，優(yōu)化機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電挖潛方式；探索冬季節(jié)電挖潛新途徑，探索功率平衡調(diào)整新參數(shù)的“比新”節(jié)電效應(yīng)，優(yōu)化機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電挖潛手段。通過多點(diǎn)位、多措施、多手段優(yōu)化節(jié)電挖潛工作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)采井系統(tǒng)節(jié)電效益最大化。

2 機(jī)采井系統(tǒng)節(jié)電方法

大慶油田第六采油廠圍繞降低機(jī)采井系統(tǒng)耗電量，積極探索節(jié)電新手段、研發(fā)節(jié)電新技術(shù)，推行油田機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電挖潛優(yōu)化管理模式，力求達(dá)到顯著的節(jié)電效果。

2.1 構(gòu)建雙套運(yùn)行管理網(wǎng)絡(luò)

機(jī)采系統(tǒng)管理具有點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，持久開展機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電挖潛工作，需要構(gòu)建相應(yīng)的運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)加以管理。構(gòu)建雙套運(yùn)作網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化節(jié)電挖潛管理主體，在機(jī)采井系統(tǒng)節(jié)電挖潛管理上做精細(xì)管理工作。

1）構(gòu)建節(jié)電挖潛管理網(wǎng)絡(luò)。持續(xù)高效組織節(jié)電挖潛工作。構(gòu)建廠、礦、隊(duì)三級(jí)管理人員在節(jié)電挖潛管理上緊密融合、在節(jié)電技術(shù)攻關(guān)上緊密結(jié)合[4]、在節(jié)電效果分析上緊密配合的節(jié)電挖潛管理網(wǎng)絡(luò)，確保了機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電管理的系統(tǒng)性與連續(xù)性、創(chuàng)新性與高效性。

2）構(gòu)建電能防竊管理網(wǎng)絡(luò)。采油六廠靠近百姓村屯的機(jī)采井經(jīng)常出現(xiàn)被住戶盜電現(xiàn)象，電量流失問題難以根治。構(gòu)建采油隊(duì)油井班組與保衛(wèi)隊(duì)能源監(jiān)查班組在竊電隱患治理上相配合、在竊電風(fēng)險(xiǎn)防控上相聯(lián)合、在防竊技術(shù)研發(fā)上相結(jié)合的電能防竊管理網(wǎng)絡(luò)，治理盜電問題，研發(fā)防竊電技術(shù)，應(yīng)用防竊電管理方法，有效減低了機(jī)采系統(tǒng)竊電井次，降低了機(jī)采井系統(tǒng)電能流失。

2.2 實(shí)施雙推科技手段

優(yōu)化機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電挖潛技術(shù)是實(shí)現(xiàn)節(jié)電突破性的主要途徑。采油六廠實(shí)施“雙推”節(jié)電科技手段，優(yōu)化了機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電挖潛的兩項(xiàng)技術(shù)。

2.2.1 推廣與應(yīng)用無功補(bǔ)償節(jié)電技術(shù)

開展個(gè)性化無功補(bǔ)償試驗(yàn)，通過安裝無功補(bǔ)償電容器的方法來提高功率因數(shù)[5]，形成機(jī)采設(shè)備節(jié)電技術(shù)，在262 口油井進(jìn)行了推廣，該節(jié)電技術(shù)的應(yīng)用方法是根據(jù)單井具體情況確定單井無功補(bǔ)償量，設(shè)定安裝電容后單井功率因數(shù)達(dá)到0.9 的目標(biāo)，電容容量計(jì)算公式：

在電容安裝過程中發(fā)現(xiàn)，由于抽油機(jī)井存在較大的交變載荷，上述公式計(jì)算的電容容量不能滿足機(jī)采井實(shí)際運(yùn)行的需要，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)計(jì)算容量值放大1.3（k值）倍時(shí)，安裝后的功率因數(shù)可達(dá)到要求，因此我們將公式修正為：

安裝：選用5、10、20 kvar 三種規(guī)格的電容器，根據(jù)計(jì)算需要的無功補(bǔ)償量進(jìn)行組合，滿足不同單井的需要，電容無功補(bǔ)償量選擇見表1。

安裝無功補(bǔ)償電容62 口井，平均無功功率從17.67 kvar 下降到3.96 kvar，功率因數(shù)從0.35 升高到0.76， 日 節(jié) 電 量 為 685.8 kWh， 年 節(jié) 電 量 為25.03×104kWh。在40 口井進(jìn)行無功補(bǔ)償電容的推廣安裝， 平均無功功率從27.99 kvar 下降到14.28 kvar，功率因數(shù)從0.35 升高到0.53，綜合節(jié)電率為6.31 %。

2.2.2 研發(fā)與推廣功率平衡節(jié)電技術(shù)

開展功率法調(diào)平衡技術(shù)研究[6]，在抽油機(jī)調(diào)整平衡的過程中同步錄取抽油機(jī)上、下行功率，計(jì)算功率平衡率。在達(dá)到電流平衡后繼續(xù)根據(jù)功率法調(diào)平衡進(jìn)行調(diào)整，直至抽油機(jī)達(dá)到最節(jié)能的狀態(tài)。當(dāng)電流平衡率達(dá)到85%～100%時(shí)，消耗功率并未降到最低，而是隨著功率平衡度的不斷上升，消耗功率仍在緩慢下降，這說明電流平衡率在85%～100%并不是最佳的節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)，仍有可根據(jù)功率平衡調(diào)整的余地，1 口井欠平衡狀態(tài)時(shí)比過平衡狀態(tài)時(shí)，年多耗電0.86×104kWh。根據(jù)數(shù)次試驗(yàn)初步認(rèn)為，電流平衡率在95%～115%，最為節(jié)能。具體實(shí)驗(yàn)過程如下：

選用“多參數(shù)測(cè)試儀”來對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和錄取。該儀器可對(duì)抽油機(jī)一個(gè)沖程的上、下行功率進(jìn)行分別測(cè)量并計(jì)算功率平衡率；可對(duì)一個(gè)沖程的電動(dòng)機(jī)所做的正功和負(fù)功進(jìn)行分別測(cè)量并計(jì)算沖程耗電量和沖程發(fā)電量，同時(shí)該儀器在輸入平衡塊數(shù)量、平衡塊重及平均位置后，可根據(jù)目前的平衡情況提出調(diào)整建議，并對(duì)調(diào)整后的效果進(jìn)行預(yù)測(cè)。

選取L5-381 井電流平衡已在要求范圍內(nèi)，但功率平衡較低的井進(jìn)行了調(diào)整試驗(yàn)，從功率不平衡調(diào)整至功率平衡。建議最大上行電流57 A，最大下行電流63.7 A，電流平衡度1.12%。平衡塊調(diào)整建議曲柄平衡塊向外移0.3 m，到1.8 m 處。L5-381 井調(diào)前調(diào)后對(duì)比情況見表2。

此井在調(diào)前都已達(dá)到了電流平衡的要求，但從節(jié)能角度出發(fā)，并未達(dá)到理想的運(yùn)行狀態(tài)，仍有調(diào)整的余地。調(diào)整到功率平衡后，井的消耗功率都有所下降，耗電量有所減少。

功率法調(diào)平衡試驗(yàn)19 口井之后，不但提高了機(jī)采設(shè)備平衡參數(shù)的精確度，還達(dá)到節(jié)能的目的，節(jié)電16.3×104kWh。在210 口油井推廣應(yīng)用，節(jié)電156×104kWh。

2.3 推行雙增管理措施

優(yōu)化機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電挖潛方式是實(shí)施快、見效快的主要節(jié)電途徑[7]。實(shí)施“雙推”節(jié)電科技手段，優(yōu)化了機(jī)采系統(tǒng)節(jié)電挖潛的具體方式。

1） 增加舉升方式轉(zhuǎn)換井?dāng)?shù)。油井措施施工，部分抽油機(jī)井轉(zhuǎn)為螺桿泵井，平均沉沒度上升到154.23 m，平均泵效上升50.08 %，平均單井日耗電量降低143.75 kWh，目前全廠共實(shí)施間抽152 口井，在影響產(chǎn)量極少的情況下達(dá)到了非常好的節(jié)電效果。通過摸索制定個(gè)性化的間抽方案，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行間抽時(shí)間調(diào)整。執(zhí)行間抽的單井月耗電由間抽前的5 555.45 kWh 下降到2 342.02 kWh，平均單井月節(jié)電3 213.43 kWh。

表1 電容無功補(bǔ)償量選擇 單位：kvar

2）增加節(jié)能技術(shù)應(yīng)用類型。配置高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)，該節(jié)能裝置有兩種額定功率，分別為37 kW 和45 kW，通過手動(dòng)調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)抽油機(jī)井沖速。選取調(diào)參困難的抽油機(jī)井進(jìn)行安裝，安裝該電動(dòng)機(jī)后單井年節(jié)電0.6×104kWh。增裝節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品，安裝三功率電動(dòng)機(jī)，安裝后全部運(yùn)行在最小功率檔，平均單井裝機(jī)功率下降了12 kW，平均單井消耗功率由7.3 kW 下降到6.5 kW，平均單井年節(jié)電0.71×104kWh。系統(tǒng)效率為27.26%，比上年上升了4.5%。

2.4 探索雙新節(jié)電途徑

2.4.1 探索冬季節(jié)電挖潛新途徑

開展?jié)櫥橘|(zhì)降黏試驗(yàn)，探索抽油機(jī)冬季節(jié)能新途徑[8]。全廠耗電量在冬季11 月到次年3 月要高于其它月份，而且隨著氣溫降低，升高幅度增大，舉升系統(tǒng)冬季耗電量要高于夏季。選取L6-18 抽油機(jī)井，在生產(chǎn)情況穩(wěn)定的條件下，進(jìn)行了冬季和夏季的消耗功率對(duì)比測(cè)試（表3）。

從表中可以看出，井冬季比夏季消耗功率有較大幅度升高。而抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)，受溫度影響較大的主要為潤(rùn)滑部位，為此檢查潤(rùn)滑油冬季與夏季的差別。當(dāng)打開減速箱蓋時(shí)，發(fā)現(xiàn)齒輪潤(rùn)滑油在低溫時(shí)呈糖漿狀，停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)的井潤(rùn)滑油呈半固體狀，黏度很大。因此，我們判斷齒輪油黏度的增加會(huì)對(duì)導(dǎo)致抽油機(jī)能耗的上升。

據(jù)此，在L8-PS1213 井上進(jìn)行了更換抗低溫性能較好潤(rùn)滑油的試驗(yàn)，該種潤(rùn)滑油在較低溫度時(shí)黏度上升較小，每次測(cè)試3 min 后取平均值進(jìn)行對(duì)比，L8-PS1213 井更換減速箱齒輪油前后數(shù)據(jù)對(duì)比見表4。

表4 L8-PS1213 井更換減速箱齒輪油前后數(shù)據(jù)對(duì)比

更換后，消耗功率最高下降了0.31 kW，降幅5.8 %，日節(jié)電7.44 kWh，節(jié)能效果較好。但是，將抽油機(jī)井齒輪潤(rùn)滑油更換為冬季抗低溫型潤(rùn)滑油成本巨大，從投入產(chǎn)出比來說并不合算，因此，采用通過降低在用潤(rùn)滑油黏度的方法達(dá)到節(jié)能的目的。經(jīng)篩選，確定了一種無毒、無味，不易揮發(fā)，不易燃、無爆炸性的潤(rùn)滑油降黏劑進(jìn)行試驗(yàn)，該降黏劑的降黏原理為稀釋和增加潤(rùn)滑油分子活性作用。在室內(nèi)進(jìn)行了按不同比例添加降黏劑的齒輪潤(rùn)滑油黏度化驗(yàn)，降黏劑的潤(rùn)滑油黏度曲線見圖1。

圖1 降黏劑的潤(rùn)滑油黏度曲線

由圖1 可知，當(dāng)以不同比例添加降黏劑時(shí)，潤(rùn)滑油黏度都會(huì)有大幅下降，同時(shí)，隨著溫度的下降，添加降黏劑的潤(rùn)滑油黏度有小幅升高，但大大低于未添加降黏劑時(shí)的潤(rùn)滑油黏度；當(dāng)溫度上升時(shí)，添加降黏劑的潤(rùn)滑油黏度降低，并逐漸趨近于添加前潤(rùn)滑油黏度。這說明該降黏劑在低溫時(shí)可起到降低潤(rùn)滑油黏度的作用，而高溫時(shí)又不改變潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑特性。

未添加降黏劑時(shí)，無論是在用潤(rùn)滑油還是新潤(rùn)滑油，黏度隨溫度變化較大；添加降黏劑時(shí)，潤(rùn)滑油的黏度隨溫度變化不大，且添加比例越高降黏效果越好。從成本和效果綜合考慮，選擇1∶15 的添加比例就能達(dá)到較好的降黏效果?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)3 口井，平均節(jié)電率為8.04%，減速箱潤(rùn)滑油按1∶15比例添加降黏劑效果對(duì)比見表5。

表5 減速箱潤(rùn)滑油按1∶15 比例添加降黏劑效果對(duì)比

2.4.2 探索功率平衡調(diào)整新參數(shù)

為了確保抽油機(jī)調(diào)平衡后更節(jié)能[9-12]，圍繞抽油機(jī)調(diào)平衡方法的缺陷問題，探索功率平衡調(diào)整新參數(shù)，提高調(diào)平衡節(jié)電效果。

1）突破原有抽油機(jī)調(diào)平衡方法。以往的研究證明電流平衡存在2 個(gè)缺陷：一是電流平衡是抽油機(jī)上、下沖程峰值電流的比值，而不是平均電流的比值，未達(dá)到真正平衡；二是電流平衡沒有考慮抽油機(jī)上、下沖程過程中電動(dòng)機(jī)做負(fù)功的情況。電動(dòng)機(jī)做負(fù)功所發(fā)出的電能進(jìn)入電網(wǎng)，當(dāng)與電網(wǎng)的電壓、頻率、相序、相位不一致時(shí)，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響。引入功率法調(diào)平衡，不是單純地追求平衡，而是追求在平衡方面節(jié)能最大化。功率平衡法采用上、下沖程的平均功率進(jìn)行對(duì)比，其中包含了電動(dòng)機(jī)所做負(fù)功，因此克服了以上兩點(diǎn)的缺陷。既能反映出電流的運(yùn)行情況，又能反映出電動(dòng)機(jī)做正負(fù)功的情況。通過減少電動(dòng)機(jī)做負(fù)功，達(dá)到節(jié)能效果。

為進(jìn)一步驗(yàn)證功率平衡法的節(jié)能效果，對(duì)L3-1410 井進(jìn)行了精細(xì)調(diào)整試驗(yàn)，L3-1410 井消耗功率與功率平衡率關(guān)系曲線見圖2，從曲線上可以看出，當(dāng)功率平衡率不斷提高時(shí)，消耗功率在逐漸下降，當(dāng)功率平衡率達(dá)到78.68 %時(shí)，消耗功率最低。為指導(dǎo)今后的功率平衡調(diào)整工作，量化功率平衡調(diào)整的節(jié)能區(qū)間，通過對(duì)單井精細(xì)調(diào)整，確定了功率法調(diào)平衡范圍50%～100%，同時(shí)滿足負(fù)功含量小于或等于5%（圖3）。

圖2 L3-1410 井消耗功率與功率平衡率關(guān)系曲線

圖3 L3-1410 井負(fù)功含量與消耗功率曲線

2）開展功率法調(diào)平衡推廣試驗(yàn)。對(duì)43 口抽油機(jī)井進(jìn)行了功率平衡法的調(diào)整，并對(duì)調(diào)前、調(diào)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析（表6）。通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，功率法調(diào)整平衡可進(jìn)一步提高節(jié)電效果。

3 結(jié)論

2019 通過以上的措施，耗電量減少，2019 年機(jī)采井系統(tǒng)舉升耗電38 526.76×104kWh 比2018 年少耗電 6 023.15×104kWh， 年平均節(jié)約電費(fèi)6 444.77 萬元。

1）機(jī)采井系統(tǒng)節(jié)電管理水平穩(wěn)步提升。機(jī)采井系統(tǒng)耗電下降明顯，取得明顯節(jié)電效果。

2）創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益。全面規(guī)范了機(jī)采井系統(tǒng)耗電管理工作，形成了具有精細(xì)管理特色的機(jī)采井節(jié)電管理方式，這種新的管理模式在油田具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

表6 功率法調(diào)平衡調(diào)后對(duì)比