我国油田开采抽油机用量大、耗能高,约占油田总用电量的70%,是影响油田采油成本的重要因素。近20年来,国内大油田及制造企业在抽油机的节能增效上做了各种努力和尝试,市场上先后出现了很多类型的抽油机产品及节能装置,仅试验、应用的各种新型抽油机就有一百多种、数万台。
常规抽油机机型的绝对优势选用什么设备,用户说了算。只有他们最清楚需要什么样的抽油机。油田企业对抽油机的应用都有哪些要求呢,首先是可靠性高,故障率低,安全性好。抽油机的工作环境和条件十分严酷:一是要求无人值守地运转;二是除了维护、修井时间以外,要求一年365天每天24小时不停地工作;三是在野外露天、严寒酷暑、风霜雨雪等环境下全天候地工作;四是为带动抽油杆上下抽油,抽油机每天要换向数千至数万次,随着换向其载荷不断地大幅度正负变化。正因为严酷的工作条件要求抽油机有高度的可靠性。目前国内对抽油机的“可靠性”要求,暂时还没有明确的标准。据统计,中国石油抽油井平均有效开机时率约95%,即平均每口井每年有18.25天处于停机状态。而加拿大、印尼要求抽油机每年停机时间分别不超过一天、一天半。假设以每年停机3天计算,中石油在用的10万台抽油机,则需要有2460多个维修队伍365天(8小时/天)忙于抽油机的维护。目前正在试用的新型抽油机,可靠性远远达不到上述要求,保守一点说,这些机型年累计维护时间不会少于10天。在试验阶段,试用的数量小,这10天的维护时间并没感觉到大问题,假如推广到10万台则数字令人震惊。即意味着需要有8000个维修队伍365天(8小时/天)忙于抽油机的维护。这不仅使维护的人力、直接费用难以支撑,同时将意味着每年要影响300万吨的原油产能(3吨l日)、75亿元收入(2500元/吨)。抽油机可靠性对油田的意义可见一斑,常规抽油机在耐用方面独领风骚;仅此一项,需要经常维护的机型在市场上会被一一淘汰出局。其次是操作维护方便、运行成本低。调查结果显示,目前常规抽油机及其基础上革新出来的新机型,即游梁式节能抽油机每年维修成本一般在2000元左右,市场上的新品,即无游梁式节能抽油机的维修成本通常在8000~10000元之间,是游梁式抽油机的4-5倍;维修时间因各种机型有所不同,大致上无游梁式抽油机维护时间是游梁式抽油机的2倍以上,且对维修人员素质要求较高。目前由于各油田采油公司成本压力均较大,维修人员较为紧张,虽然无游梁式抽油机节能效果也不错,但与游梁式节能抽油机相比,不仅维修时间长、费用高,同时还因停机时间较长影响原油产量,而且对采油维修人员素质等要求更高,不太适应油田的实际,推广难度较大。基于上述两点,至今,游梁式抽油机仍在抽油机大军中占有绝对多数,仍然是各油田抽油作业的首选。据统计,中石油现有油井数约14万口,其中抽油机井数11.5万口,在用10.3万口。使用常规抽油机6.1万台,占59%,节能型抽油机4.2万台,占41%。估计全国20多万口抽油机井数中,使用常规抽油机的应在60%以上。
新机型的“底子不足”近20年来,随着国家和油公司对节能降耗的逐步重视,不断有大量的节能型抽油机、节能电机、节能配电柜等产品在油田现场进行试验应用,其中试验、应用的各种新型抽油机有一百多种、数万台。大部分由于设计、质量、安全、操作维护等方面的原因,可靠性远远达不到上述要求惨遭淘汰。新型抽油机在油田经过近20年来的应用考验,只有少数机型(双驴头、下偏杠铃、弯游梁、偏置式、低矮型、链条宽带等)得到了用户的认可,逐步推广应用至今,其余近百种机型由于设计、制造等方面原因,使其可靠性差、故障率高、维修复杂等,无法适应油田现场的使用要求被淘汰。例如:上世纪八十年代,曾批量在辽河粘稠油并上推广的链条抽油机,十多年间应用了3200多台,但终因轨迹链条故障多这个致命缺陷,已全部退出了市场;摩擦式抽油机,通过几年的试用,于2002年在大庆、辽河、吉林小范围地进行了推广应用,但由于产品可靠性较差、小毛病不断(2~3个月需进行一次维修保养)及设计不合理(电机、减速箱在抽油机顶部),维修保养存在一定安全隐患,现已基本被淘汰;曾经广泛推广应用的自启动永磁异步电机,最多时曾用到1万多台,虽然在初时节能效果较好,但使用一段时间后逐渐退磁,退磁后能耗更大,现已基本退出市场。还有许多机型没能到小批量试验就已退出市场。以上这些未成功的机型,虽然在推广初期都有明显的节能效果,批量推广应用后很快就出现了各种问题,逐步被市场淘汰。遭淘汰的原因主要有三点:第一,初期试验数量小,厂家往往由专人盯在现场,选配电机、维护调整都比较到位,有点问题不等油田用户知道,厂家就已经自行解决;第二,现场连续试验时间不够长(至少需要一个大修周期6年),有些问题暴露不足;第三,批量应用后,有些在少量试验时不成问题的问题,将会上升到不能接受的大问题。比如,在三两台抽油机试验时,即使每台设备每年累计需要30天的维修时间,对于维修工来说并没有什么应付不了的感觉,假如应用到1000台,即使每台设备年累计维修时间需要10天,油田也承受不了。近百种抽油机的试验推广和退出市场,不仅给制造厂家带来了巨大的经济损失,中石油、中石化也为此付出了巨大的原油产量损失和人力、物力的损失。一种好的抽油机产品要结构简单、可靠性高、节能效果好且成本较低,其中,可靠性是最主要的因素。作为抽油设备之一,抽油机产品首先要满足基本需要,如果达不到可靠性这一要求,光说节能是不够的。由此看来,要打破常规,必须先让用户真正信服,归根结底在于抽油机产品本身。如果能在经济性较好的情况下,大大提高可靠性,就有可能逐步扩大推广应用的数量,甚至,将来某一天会取代游梁式抽油机的优势地位。
改造游梁式抽油机基于常规抽油机结构简单、可靠耐用、操作维修方便等优点,后来,业内企业在游梁抽油机的基础上,改进开发了双驴头、下偏杠铃、弯游梁、偏置式、低矮型等机型抽油机。这些机型既保留了上述优点,又具有节能优势,深受各大油田用户好评。经调查,目前在大庆、辽河、新疆等七家油田企业中,节能型抽油机共计36361台,其中,游梁式抽油机有35670台,主要以双驴头抽油机、偏置(异相曲柄)抽油机、下偏杠铃抽油机及弯游梁抽油机为主,约占节能型抽油机的98.1%。经过油田实际工况条件的考验,这些机型得到应用环境条件的认可,已成为目前中石油新机井和替换老机井中采用的主力机型。但国内仍然有很多在用的老机井,如何降低这些常规抽油机的能耗,正成为各油田抽油机节能工作的重点。据了解,目前中石油各油田主要采取了多项作法:一是将常规机分批进行节能改造,如改造成双驴头抽油机、下偏杠铃抽油机等;二是给常规抽油机加装节能拖动装置,实施节能改造;三是在抽油机电控柜加装电容器对无功功率进行就地补偿。上述措施在实践应用中均取得了不同程度的节电效果。另外,一些油田根据油田实际工况选用多功率电机、双速电机等,也取得了较好的节能效果。
开发无游梁式抽油机游梁式抽油机耗能较多,这给各种新型抽油机提供了一个机遇。这些年来,中国石油、中国石化各大油田及制造业进行了积极有效地尝试,相继开发了链条抽油机、皮带抽油机、液压抽油机、塔架式电机正反转抽油机等新型抽油机,这些抽油机都有各自的优点,如平衡效果好、节能、抽油冲程长、重量轻、占地小等,但总的来说,在运转可靠性方面,均逊于号称“老黄牛”的常规游梁抽油机。尽管如此,无游梁式抽油机具有易于实现长冲程、悬点接近匀速直线运动等特点,在粘稠油开采上拥有常规抽油机所无法比拟的优越性。在稠油较多油田区块,如辽河油田,“长冲程、低冲次”粘稠油开采,给这类抽油机提供了较大的发挥空间。据介绍,在中国石油,应用多的无游梁式抽油机主要以塔式皮带机为主,其中,链条宽带抽油机用得最好。链条宽带抽油机(8米冲程,2次l分),经过在辽河油田近六年的改进完善,技术上不断成熟、可靠性不断增强,已在辽河油田站住了脚。另外,在中国石油大港油田、大庆油田的一些采油厂,有两种新机型正在试用。一种是试用一年多的复式永磁电机抽油机,由于其效率和功率因数高,简化了机械传动环节,比普通电机节电35~57.6%;另一种是试用近两年的曲拉式抽油机,该机型结构简单,钢材用量少,通过优化滑轮位置、优化力的传输实现节能,比普通机节能44.5%。以上两种新机型,虽然在设计方面有独到之处,但若批量试用尚需两至三年时间。在中国石化胜利油田,日前发明了长环形齿条抽油机。该皮带抽油机采用了链条抽油机“轨迹链条换向结构”核心技术,独创的“长轨形齿条换向结构”以齿条代替了链条,在进一步提高了可靠性同时,缩短了传动链,使机械效率有所提高。发明者顾心怿院士说:“这是一次新的努力。当然,由发明到成熟再到通过实践的检验让业内的人认可接受,还得有一个过程。”据称,该抽油机近来已经得到很好的应用。
抽油机节能要看系统抽油机只是抽油作业中的一个主要环节,节能与否还要看整个采油系统的运行情况。首先,“量体裁衣”很重要。在选用抽油机时,要根据油井产液量大小、动液面深浅、含水率及原油粘度大小等因素,统筹考虑。小泵、深抽要考虑抽油机额定悬点载荷的满足及用长冲程保证泵效;浅井、大泵要考虑减速器额定扭矩的满足;浅井小泵可考虑采用玻璃钢抽油杆和短冲程高冲次抽油机谐振抽油;原油粘度高、动液面深的油井,需要长冲程、低冲次的抽油机等。其次,细化抽油机管理非常关键。一方面,根据油井实际载荷,选配适合功率的电机,避免“大马拉小车”;另一方面,及时调整抽油机平衡度,在不少新机型上井试验后效果很明显。正如一位业内人士所言:“管理水平就是节能。”据国内外专家研究称,单纯地在抽油机上节能挖潜,节能不会超过8%。实际上,抽油机节能是一个系统的节能,从变压器、低压电路、电控柜、电机、抽油机、抽油杆、抽油泵等组成的系统中综合节能,才会收效显著。加强抽油机的运行管理,同样是节能降耗的有效途径。