抽油机井节能、安全、管理新技术-系统效率测试分析抽油机井节能、安全、管理新技术综合分析

1、抽油机井节能、安全、管理新技术-系统效率测试分析抽油机井节能、安全、管理新技术-系统效率测试综合分析抽油机井节能、安全、管理新技术-系统效率测试、分析、优化 井数从多目前中国陆上油田抽油机井总数约20万口，其中延长6万多口，占机械采油井总数的92%左右，产量占80%，能耗三分之一以上，延长油矿的比例更高。 效率低下、潜力巨大中石油2001年主要油田统计是23%,还没有达到上世幻八十年代初期美国加利福尼亚油田29.3%的水平。延长是多少？没有数字，但可以肯定很低（某井组是1.95%）。 节能产品从多如何选择、如何配套？高耗能设备有“病”，节能设备和技术是“药”，系统效率测试分析就是开“药方”。

2、机采井系统效率工作已被证明是油井增产节能、延长设备用寿命、延长油井免修期、降低操作成本的有效手段，已成为机采井管理的重要内容。 我公司作为系统效率工作的倡导者和技术的先导者，拥有PMTS机采井系统效率测试仪和EffStar分析软件、高速电能测试和电能曲线信息识别技术、油井诊断技术、专业的抽油机井平衡分析技术、电机仿真分析技术、供采协调及生产参数优化技术、井下杆柱优化设计技术，为机采井系统效率测试、分析、评价及优化设计提供了技术保证。 2006年我公司与吐哈油田合作开展了抽油井系统效率现状分析及提高对策研究，运用我公司的系统效率测试分析技术，全面评价了吐哈油田抽油井系统效率现状，分析了提高抽油井

3、系统效率存在的潜力，对相关配套技术进行了研究与完善，从而形成了有针对性的提高抽油井系统效率的技术系列及其规范。通过推广实施，2006年在吐哈油田共应用670井次，平均系统效率提高个百分点，实现月节电。项目研究实现创效400多万元，投入产出比达到1：，取得了较好的经济和社会效益。基于能量平衡的原理，对机采井的能量输入、能量输出、能量损耗进行平衡分析，得出机采井系统的能流图。分析测试的电能曲线数据、示功图数据、动液面数，结合生产数据、抽吸设备数据、井身结构及原油物性数据，分析机采井生产中存在的问题，给出解决方案及实施这些方案后的能耗预测，对机采井系统的能耗水平及管理水平进行评价。机采井系统的能量输

4、入是电能及伴生气的气举能量，能量输出是指提升井液所需要的势能和井口回压能量，能量损耗有电网损耗、电机损耗、减速箱损耗、四连杆机构损耗、井下管杆磨擦损耗及井下流体磨擦损耗。影响因素有电网、电机型号、抽油机型号、平衡情况、冲程、冲数、泵径、杆管参数、井身参数和原油物性参数。通过我公司专业的机采井效率分析与评价软件EffStar进行分析，找出上述因素中存在的问题，给出可改善的优化的措施方案，预测参数优化后的能耗水平，对机采系统的能耗、优化潜力进行系统的评价。 机采井系统效率现状调查及测试方案的制定； 用PMTS仪器进行机采井系统效率的测试，含电能曲线、示功图、动液面的测试； 数据收集及数据库建设，数

5、据有液量、含水、液面、油压、套压、泵挂、泵径、抽油机型、电机型号、平衡块数、平衡块重、平衡半径、杆柱组合、井斜参数、油层温度、地表温度、原油粘度、原油密度、油气比、饱和压力； 按SY/T5266标准进行单井系统效率计算； 用EffStar软件进行了系统效率分析评价、实施方案的制定及实施后的效率预测； 方案实施； 系统效率复测及效果评价； 系统效率报告编写及项目验收。公司主要产品 自带电源，不需要现场接电，有利于安全 电能参数测试，含电流、电压、有功、无功、 功率因数，可测试AC200A，1500V 四相限电能测试，测试速度快，每秒50组数据可 以观察抽油机快速变化的过程如减速箱磨损造成 的瞬时

6、冲击 可同时测试示功图，可测试动液面，可作电力谐 波分析，示功图到150kN、8m，液面3500m 仪器带抽油机平衡分析功能，可现场测试、现场 平衡分析、现场调整、现场复测验证 可支持多种示功图传感器 采用100M以太网及USB接口两种方式传送数据， 数据传送速度快仪器秉承仪器的成熟技术，采用一体化结构、薄膜键盘、防水开关、高亮度640X480TFT彩色液晶显示屏，内置军品级PC104嵌入式高特能586工业控制计算机，体积小巧，稳定可靠，能在恶劣的环境下工作，特别适合专业测试队伍和现场工人使用。抽油机井系统效率测试仪特点：1、自带电源;2、可测1300V;3、测试速度快，每秒50组数据；4、可

7、作电力谐波分析；5、可同时测试功图、动液面；6、高亮度640X480 TFT彩色液晶显示屏；7、一体化结构，内置PC104嵌入式高特能586工业控制计算机，体积小巧。8、以太网通信接口，与上位PC传送数据速度快，使用方便。抽油机井系统效率分析及优化设计软件软件功能介绍1、抽油机井示功图显示分析,电动机电流、电压、有功功率、无功功率等电能参数的曲线显示与分析,电力质量与电力谐波分析,低压供电线路状态及损耗分析估计；2、方便地测出抽油机的位移系数、扭矩因数、分析抽油机的特性； 3、快速的电能曲线可用于识别抽油机与井下杆管的工作情况，如出砂、结蜡、电机轴不正、皮带松动、平衡不好、井下供液不足等；4、

8、方便地测试出电能消耗功率与光杆功率，算出抽油井的地面效率、地下效率、系统效率5、 平衡分析专家系统，可分析曲柄平衡、游梁平衡、复合平衡、下偏杠铃等所有平衡情况，进行平衡仿真，以最节能和最安全为标准，提出优化平衡建议以及调整后的节能效果，所需参数少，使用简单；6、 按吉布斯方程计算泵功图，进行油井诊断，分析泵的工作状况；7、 对泵挂深度、泵径、冲程、冲次等参数进行敏感性分析；计算出不同泵挂深度、泵径、冲程、冲数下的产量、有效功率、光杆功率、井下效率、地面效率、系统效率、电能消耗、电机配备需求；8、分析油井供液情况，拟合IPR曲线，预测产量，找出优化的生产参数；9、以三次样条曲线摸拟井眼轨迹，绘制

9、可视的三维井眼曲线动画，进行抽油杆柱及附件设计，含杆柱组合、加重杆、防脱器、扶正器，并可显示各级杆柱的应力范围比、杆使用系数、最大应力、最小应力、许用应力、最大载荷、最小载荷、杆管压力等参数曲线；10、除可适用于长森公司的PMTS系列抽油机系统效率测试仪外，同时也可为用户进行特殊的功能增强，比如可使用HIOKI3169电能测试仪测试数据和SG5及SGT2000动力仪测试的示功图数据。 软件功能演示支持河南油田现有测试仪器 除支持长森公司的PMTS系统仪器测试数据外，还支持河南油田现有的日置电力测试仪数据、动力仪的测试数据。 右上图是日置3169测试的H232井电力曲线数据。 右下图是SG5测试

10、的示功图数据，带有光杆功率计算功能。数据转换软件界面快速的电力曲线记录显示 PMTS仪器测试速度是每秒可测试50组电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数数据，这在国内所有仪器中是独一无二的，国内所有进口仪器中也没有发现含有这种功能的。 右图是河南油田采油一厂H232井的电力曲线，从曲线的细节非常清楚，电流与有功功率存在严格的对应关系。从曲线可以看出这口井采用的是普通三相异步电机（因为无功功率较高而且稳定），供液不足液击严重、基本平衡（电流平衡度达0.86,功率平衡只有），只是减速器磨损严重。减速器磨损 抽油机井如果平衡不好，在一个冲程中往往有正负扭矩交替出现，在正负扭矩交替处处造成减速器齿轮

11、冲击，时间长了，造成这个位置的齿轮磨损，间隙加大，抽油机工作时哐哐作响。这些冲击在功率曲线上的反映就是左图上的脉冲，往往出现在功率由正到负或由负到正的交替处，也就是在0线附近（在本例中，出现在功率在3kW时，这是减速器之前的电机、皮带及前线齿轮传动消耗的功率）。 减速器严重磨损 图是华北油田采油二厂的C12-56井，这口井抽油机的减速器器磨损更为重，已造成强烈冲击，功率肪冲高达30kW，老远就能听到这口井发出的哐珰声。除此之外，这口井还不平衡（电流平衡度只有，功率平衡度）。这口井还存在另一个毛病，就是电机的皮带轮安装不正，这就是功率曲线上出现许多细小毛刺的原因。 电机皮带轮不正及油井出砂 供液

12、不足，造成液击 电力波形曲线可以看出供电系统及用电系统是否正常，右图江汉油田清河采油厂的4-6-251井的电力波型曲线，电压曲线非常光滑，说明供电系统没有问题，而电流曲线上寄生的高频成分明显，主要是七次谐波和五次谐波，这是由于他们大量采用电容无功补偿而各井的补偿量又不太合适造成的 电力波形曲线 电力波形曲线可以看出供电系统及用电系统是否正常，右图是原来河南油田采油一厂T478井的电力波形曲线，这口井采用了一种节能控制箱，从图上可以看出它采用了电压控制方案和电流控方案，限制了最高电压和最大电流 供电线路末端损失估算 随抽油机电机电流增加，供电电压会下降，所以我们采用统计分析方法，查看二者的相关性

13、来估算。电机功率分析 抽油机电机电流和功率一直在变化，所以我们记录每一个周期的功率，形成功率曲线，来计算最大功率、最小功率、平均功率和均方根功率。 用最大功率和均方根功率二者来分析电机的配备是否合适。P推荐=INT(MAX(P均方根，P最大/1.8)P均方根决定电机发热与最高效率P最大决定最大扭矩电机功率仿真抽油机平衡分析 以抽油机最节能和最安全为标准，采用功率法进行平衡分析，对功率曲线进行付立叶分解，求出不平衡功率功率曲线中的一阶正弦分量。计算出最佳平衡调整量，使之正好抵消不平衡功率，使均方根功率最小，也就是均方根扭矩最小，抽油机最安全，电机发热量最少。北京长森石油科技有限公司2009年04

14、月抽油机功率平衡简易计算法抽油机功率平衡简易计算法说 明曲柄平衡方式的抽油机偏轮抽油机常规型及异相型抽油机双驴头抽油机游梁平衡方式的抽油机调径变矩抽油机双尾游梁抽油机复合平衡方式的抽油机下偏杠铃抽油机B游梁抽油机皮带式抽油机SY/T 5044-2003的8条：抽油机的使用8.1.3抽油机的平衡抽油机应在良好的平衡工况下运行，对不平衡工况下运行的抽油机应及时调整平衡。抽油机的平衡可采用“平衡电流法”或“平均功率法”调整。“平衡电流法”调整平衡时，应使上、下冲程的最大电流差值小于最大电流的15%。最大电流值不应超过电动机的额定电流值。D.1抽油机的平衡计算D.1.1调整抽油机的平衡，可根据下述三个

15、原则中的一个原则来计算。a)使上、下冲程电动机作功相等；b)上、下冲程中减速器曲柄轴的最大净扭矩相等；c)使减速器曲柄轴瞬时切线力与平均切线力的偏差平方和最小。抽油机平衡标准SY/T 5266-1996 抽油机的电流平衡度=下行最大电流/上行最大电流大部分油田都是采用的这个标准胜利油田孤岛采油厂：电流平衡率=小电流/大电流胜利油田现河采油厂（阎海涛）：电流平衡度=上行最大电流/下行最大电流抽油机平衡标准平衡与节能在抽油机平衡度上做“节能”文章 进入油田开发后期，原油开发举步维艰，生产成本举高不下。在这种情况下，节能降耗成为油田当前精细管理工作的“重头戏”。河南油田采油一厂江河油矿千方百计围绕抽

16、油机平衡度寻找节能降耗切入点，大力推广使用“调抽油机平衡度节能法”，有效减少不平衡造成的能耗浪费。据不完全统计：三年来，这个矿共完成平衡优化585井次，平衡合格率保持在80%以上，累计节约电量510余万千万时，总经济价值360余万元。 平衡与节能有杆抽油系统分册第94页 抽油机井的平衡度究竟多少为好，时过平衡好，还是欠平衡好？为了回答这一题，在大庆采油九厂水力模型井进行了试验。 当以I下I上来表示平衡度时，平衡度为80%-100%时能耗最低。而且欠平衡较过平衡省电。平衡与节能项目平衡度()举升高度(m)产液量(t/d)吨液百米耗电(kW.h)系统效率(%)节电率(%)调平衡前64.7634.7

17、35.211.1423.812.46调平衡后87.14641.435.890.99827.27提高值22.446.70.68-0.1423.47 由于抽油机平衡好坏直接关系到有杆抽油系统效率的高低，在试验区对平衡较差的抽油机井采取调平衡措施。试验中共实施298井次，并对其中口井进行了对比测试，抽油机井在举升高度和产液量基本不变的情况下，提高平衡度可使系统效率也随之提高。 平衡度由64.7%提高到87.14%，提高了22.44%，系统效率提高了3.47%，节电12.46%。 电流平衡与功率平衡下图是河南油田某厂的J6-805井的电力曲线，测试仪器为日本日置公司HOKI3169型电力分析仪，全波方

18、式。从有功功率曲线上看，下行程出现大量负功，说明抽油机极不平衡，但从电流曲线上看，抽油机相当平衡(电流平衡度达0.82)。 电流平衡与功率平衡在实际测试中我们发现，大量常规型油油机的电功率曲线均与此井类似，只要不存在供液不足现象，功率曲线大都如此。上行程功率曲线较为陡峭，还有一点负功率，下行程功率曲线平缓。这种功率曲线的形状与常规抽油机在理想平衡情况下的扭矩曲线也较为相似。电流平衡与功率平衡按均方根功率（扭矩）最小法则，该井应该将4块重10kN的曲柄平衡块内移米，预测上电流 ，下电流 ，电流平衡度，均方根电流，均方根功率，预计通过调平衡可节省电力0.7kW, 日节电量为。按上、下行程最大功率（

19、扭矩）相等法则，该井应将4块重10kN的曲柄平衡块内移 米，预测上电流 44A，下电流 ，电流平衡度，均方根电流，均方根功率 ，预计通过调平衡可节省电力0.42kW, 日节电量为 。功率平衡简易计算方法由于抽油机停抽对井下液面的扰动，以及井下出液情况的变化，对有功功率、无功功率、相电流、相电压、悬点位移、悬点载荷的测试一般应在抽油机起动30min运行稳定后进行。每隔5分钟测试记录一组数据，直到每组数据相差不大于2%。在这些记录的数据中，选取一组有代表性的数据用于计算和分析。有功功率、无功功率、线电流、线电压、悬点位移、悬点载荷的测试要同步进行，从抽油机曲柄位于曲柄轴的正上方(12点钟位置)开始

20、记录，等时间间隔的记录数据。在抽油机一个冲程周期内，记录的数据不少于144组。当测试的示功图显示抽油机井存在明显的供液不足(活塞空抽冲程占到活塞总冲程的20%以上)造成液击现象发生时，应先降低抽油机的冲次或冲程，消除液击现象，然后重新测试和计算平衡。测试要求功率平衡简易计算方法功率平衡度为抽油机的上、下冲程平均功率之比，以较大功率值作为分母，用小数表示。假设测试从曲柄位于12点钟的位置开始，一个冲程周期测试N组数据，那么前N/2组功率值平均就是抽油机上冲程平均功率，后N/2组功率值平均就是下冲程平均功率。当上、下冲程的平均功率有一项为零或负值时，功率平衡度为零。当功率平衡度小于时，可判定抽油机

21、不平衡，需对抽油机进行平衡调整。 功率平衡度的计算 S1-22井平衡调整建议增加 12个游梁平衡块,使其总数为 35个! 预计调平衡可节省电力 .756kW, 日节电量为 左右.游梁平衡 S1-23井平衡调整建议曲柄平衡块向内移 .6米,移到 .18米处! 或者是去掉 2个曲柄平衡块,其余的移到 .37米处! 曲柄平衡曲柄平衡 Z22-20井平衡调整建议增加 174个平衡块,使其总数为 274个!皮带抽油机 通过对比可以发现，调整后抽油机的功率平衡度都有较大的提高，最大电流和最大功率都有明显地下降。调整前5口井总功率，调整后降为，下降了，节电率达17%。根据我们的经验，抽油机调平衡的节电率一般

22、在3%-8%之间，这5口井的节电率很高的原因是这些井严重不平衡。长庆油田采油三厂的50-26井平衡调整前的电力曲线，右上图是调整后的电力曲线，调整后的功率平衡度从上升到，节能，节能量达12.6% 华北油田采油五厂的J95-8井平衡调整前的电力曲线，右上图是调整后的电力曲线，调整后的功率平衡度从上升到，节能，节能量达31.8% 对于抽油杆柱行为的描述，我们采用美国人S.G.吉布思的预测模型包括描述抽油杆柱运动的偏微分方程、边界条件（包括光杆运动条件及井下泵的抽汲条件）和初始条件这就是油井诊断方法。 可以得到各级杆柱功图和泵功图，可以计算各级杆的应力，可以分析杆管柱及泵的故障，可以计算柱塞冲程和有

23、效冲程等等。 抽油机井井下诊断分析 三维井眼曲线的显示 0度方向 30度方向 60度方向 90度方向 三维井眼动画曲线的显示S13-6井拟合仿真IPR曲线及供采协调分析系统效率分级评价WellView油井远程监控系统 WellView油井远程监控系统 WellView系统简介 北京长森科技公司开发的WellView油井远程监控系统，能够实时在线监测油井参数：电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、井口温度、压力、示功图、环境温度等，对抽油机的各种故障（如电流、电压越限、压力过高过低、光杆卡死时过载、停机、缺相、欠载等）进行实时诊断，及时发现故障并报警，能远程控制抽油机的启停、随时查询油井运行

24、参数并实现参数远传和数据资源共享，真正实现了无人执守，适用于边远井、新投产井及新开发区块的油井，节省大量投资，实现了油田集输方式上的一次革命。 测控功能齐全16位高性能单片机12位模数转换精度 实时或定时方式监测电压、电流、电功率、功率因数、温度、压力、位移、载荷故障报警（停抽、缺相、过电流、过电压等）自动开关井抽油机平衡监测示功图量油抽空控制(变频调冲次或者是间抽控制)电力曲线显示电力参数显示示功图显示扩展控制显示抽油机平衡监测平衡参数设置采集参数设置采油时率监测监控器主菜单WellView监控器部分现场功能WellView远程监控系统架构 根据油井分布的地域特点与无线通讯技术发展的水平，W

25、ellView油井远程监控系统用CDMA/GPRS进行无线传输，主要由传感器、井口控制器、CDMA/GPRS通讯模块DTU、采油厂通讯机、实时数据库服务器、WEB服务器、监控浏览终端等组成。油井的工作状态，如压力、温度、流量、载荷位移及电参数等由相应的传感器和变送器送至WellView井口控制器。 GPRSInternet载荷位移传感器压力、温度、流量传感器安装在井口WellView终端油田数据中心厂站控制终端电参数传感器安装在开关箱WellView监控系统组网结构图WellView远程监控系统数据流程 数据从各传感器传到WellView控制器， WellView控制器负责将采集到的油井数据上

26、装至通讯模块，再由通讯模块送至位于采油厂信息中心的通讯服务器，数据经处理后存入实时数据库。采油厂用户通过应用服务器获取系统服务，应用服务器访问实时数据库获取数据。由用户发起的操作，如手工召测数据、更改配置等，由应用服务器进行处理，并通知通讯服务器执行相应的操作。 温度、压力传感器载荷、位移传感器电流、电压传感器WellView控制器通讯服务器实时数据库应用服务器采油厂用户WellView远程监控系统功能 数据定时采集：能够采集遥测、遥信、电度及其它类型的量测数据。系统定时召唤油井终端数据，召唤周期可按示功图、电流图和其它量，可以分钟为单位设置，最小为1 分钟，最大为255 分钟。 按需数据采集：采油厂用户终端可在任何时刻请求召唤