中国石化机采报告.docx
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中国石化机采报告
中石化油田分公司
机采系统测试评价分析报告
中石化油田分公司机采系统
测试评价分析报告
中石化油田企业能源检测中心
2007年2月
前言
按照中石化股份公司油田事业部“十一五”期间节能工作的统一规划和部署,2006年8月,中石化油田企业能源检测中心对胜利、中原、河南、江汉、江苏五家“十五”期间耗能总量占股份公司上游板块97%的分公司开展了机采系统能效专项测试工作。
从着手准备至全部结束,此项工作历时半年多时间,基本分为三个阶段:
第一阶段:
安排部署与准备阶段
06年7月底,油田事业部下发了《关于开展股份公司油田企业能源检测工作的通知》(石化股份油企[2006]144号文件),就能源监测工作的重要意义及机采系统测试的具体安排进行了统一要求与布置。
各分公司在接到通知后,给与了高度重视,成立了相关迎检领导小组,就测试的具体技术细节同中石化油田企业能源检测中心进行了接洽和沟通,并组织人力填写、提交了能源检测中心下发的机采系统调查表格。
8月下旬,中石化油田企业能源检测中心开始陆续收到各油田分公司返回的调查表,相关技术人员在两周内,对2万多条、20多万项机采井数据,依次按照机采类型、泵额定排量、动液面、电机额定功率等工艺参数进行了汇总分类,根据分类结果抽取了能反映各油田主要特征、代表性较强的测试井井号。
第二阶段:
现场测试阶段
现场测试阶段自06年9月11号正式开始,在时间紧迫、工作量庞大及天气不利影响的情况下,中石化油田企业能源检测中心的技术人员克服现场众多不利因素,牺牲了期间节假日,至12月29日全部结束,历时近4个月,按时、高质的完成了现场监测任务,实际测试机械采油井3113口,完成计划量的124.5%,各油田分公司测试数量见附表1。
此外,为加强各油田分公司节能技术人员的横向学习,本次测试过程,中石化油田企业能源检测中心还从各油田分公司抽调了一批业务骨干参与全过程测试,在工作开展的同时,有效的促进了各油田分公司对节能技术的相互交流与研讨。
第三阶段:
综合分析与总结上报阶段
在一个多月的时间内,中石化油田企业能源检测中心相关技术人员对206,250项测试数据及有关资料进行了处理、统计、分析,从系统效率、单位能耗、设备特性、运行质量、降耗空间、节能产品适用性、经济效益等等方面进行了节能潜力评估和挖掘,最终形成了本分析报告。
另外,此项工作能够得以顺利运行,与事业部企管处及各油田分公司领导和广大基层技术工作者的大力支持和配合密不可分的,对所有支持股份公司油田企业节能事业的领导、专家以及干部职工,在此一并表示感谢!
对于因现场管理粗放、历史数据少及水平有限造成本报告分析不到位的,敬请谅解。
一测试目的
通过本次检测,主要实现以下目的:
1.以目前现行测试标准和评价方法为主要依据,对各油田机械采油系统中的抽油机(游梁式、皮带式)和电潜泵两大类型采油井进行能效抽测,同时结合能耗统计数据,对胜利、中原、河南、江汉、江苏等五家油田机采系统耗能情况进行测算分析;
2.综合各油田的采油工程基础资料、机采井抽测结果与目前已采取的节能技改措施,分析评价各种节能技术、节能产品的适用性和节能效果,挖掘五大油田机采系统节能潜力、确定下一步机采系统主要节能改造方向与降耗方法。
二抽样原则与方法
1抽样原则
测试机采井的抽样遵循下列原则:
(1)可操作性原则:
抽取的机采井应满足监测计量条件,并综合考虑时间、地域跨度等因素,以便于监测实施和进度控制。
(2)代表性原则:
抽取比例应突出重点,能反映各油田主要机采井类型、主要功率/排量等级段、主要油品性质(稠/稀油)及近期平均液面深度范围等特征。
2抽样方法
结合抽样原则,本次测试的具体测试井号采用随机抽样的方法。
三测试评价依据及评价项目
1测试评价依据
SY/T5266-1996《机械采油井系统效率测试方法》
SY/T6275-1997《石油企业节能监测综合评价方法》
SY/T6374-1998《机械采油系统经济运行》
SY/T6422-1999《石油企业节能产品节能效果测定》
SY/T5264-2006《油田地面主要生产系统能源效率测试和单耗计算方法》
2评价分析项目
主要评价分析项目见表3-1。
表3-1评价分析项目表
分类
评价分析项目
单井评价
系统效率;地面效率;井下效率;
功率因数;百米吨液耗电;
吨油耗电;变压器负载率;
动力装置功率利用率;
平衡度;泵排量系数
综合评价
(分公司级)(股份公司级)
区分汇总
1.按采油方式区分
2.按功率/排量区分
平均系统效率;平均地面效率;
平均井下效率;平均功率因数;
平均百米吨液耗电;平均吨油耗电;
变压器平均负载率;
平均动力装置功率利用率;
平衡度合格率;平均泵排量系数
综合汇总
四检测结果
各分公司机采系统检测结果见表4-1,4-2。
各油田分公司单井检测结果见附表二-附表十一(独立装订成册)。
表4-1中石化股份公司抽油机井测试结果统计表
单位
平均输入功率
(kW)
平均功率因数
平均日产液量(t/d)
平均
沉没度(m)
平均
泵排量系数
平均
电机功率
利用率
(%)
平均地面效率
(%)
平均地下效率
(%)
平均系统效率
(%)
平均百米
吨液耗电
(kWh/100m·t)
平均百米
吨油耗电
(kWh/100m·t)
平均吨液耗电
(kWh/t)
平均吨油耗电
(kWh/t)
胜利
7.84
0.482
34.0
411.4
0.55
24.04
58.25
48.48
28.24
0.96
5.85
5.53
47.20
中原
11.03
0.473
22.2
492.6
0.48
24.38
62.43
44.14
27.56
1.37
8.54
11.93
88.29
河南
稀油
12.63
0.437
38.6
327.1
0.58
25.05
62.31
52.52
32.73
0.83
10.92
7.86
119.35
稠油
3.70
0.330
8.8
65.9
0.34
21.29
40.04
15.16
6.07
4.30
12.67
10.06
33.64
江汉
10.00
0.446
22.1
293.1
0.56
25.37
47.94
38.03
18.23
1.49
7.39
10.88
102.27
江苏
6.39
0.550
13.7
378.5
0.61
26.84
65.67
42.43
27.86
0.98
2.50
11.15
28.40
表4-2中石化股份公司电泵井测试结果统计表
单位
平均输入功率
(kW)
平均功率因数
平均日产液量(t/d)
综合含水率(%)
平均泵挂深度(m)
平均
沉没度(m)
平均泵排量系数
平均系统效率
(%)
平均百米
吨液耗电
(kWh/100m·t)
平均百米
吨油耗电
(kWh/100m·t)
平均吨液耗电
(kWh/t)
平均吨油耗电
(kWh/t)
胜利
79.33
0.800
184.6
95.2
1602.5
641.1
1.05
23.85
1.14
22.01
10.31
224.90
中原
70.43
0.808
114.9
97.0
1878.0
696.5
1.10
21.31
1.28
40.96
14.71
489.10
河南
62.32
0.770
160.2
97.1
1410.0
411.8
1.21
28.39
0.96
29.42
9.34
321.17
江汉
53.06
0.692
108.3
95.9
1616.7
608.4
1.19
17.00
1.60
26.00
11.47
277.74
江苏
63.23
0.774
206.5
96.5
1183.8
821.9
1.00
15.88
1.71
31.80
7.35
212.81
五测试结果分析
1抽油机井测试结果分析
1.1抽油机井运行现状及结果评价
1.1.1抽油机井运行现状分析见附件1。
1.1.2测试结果评价
抽油机井测试结果与标准值对比见表5-1。
表5-1抽油机井测试结果与标准值对比表
评价
项目
变压器
负载率
(%)
电机
泵排量系数
系统
效率
(%)
平衡度
功率
因数
功率利
用率(%)
标准值
40
0.40
20
0.4
20(稀油)
15(稠油)
合格
范围(%)
达标率
(%)
测
试
值
胜利
23.72
0.482
24.04
0.55
28.24
80-110
47.5
中原
28.51
0.473
24.38
0.48
27.56
51.3
河南
稀油
22.20
0.437
25.05
0.58
32.73
52.0
河南
稠油
22.07
0.330
21.29
0.34
6.07
46.3
江汉
31.79
0.446
25.37
0.56
18.23
45.5
江苏
14.79
0.550
26.84
0.61
27.86
76.9
备注:
表中数据均为各油田的平均值。
从上表可看出:
1)变压器负载率均没有达到行业标准40%的要求,其中江苏油田变压器负载率仅为14.79%;
2)电机功率因数除河南稠油井外,都达到行业标准0.4的要求,但距离地方标准(0.85—0.9)(各地方要求不一样,使用地方供电的油井功率因数低于地方标准的要加收利率电费)的要求还有很大差距;
3)电机功率利用率均达到标准20%要求;
4)泵排量系数除河南稠油井外,都达到行业标准0.4的要求;
5)系统效率除江汉油田、河南稠油井均达到标准要求;
6)除江苏油田外,其他油田平衡度合格率较低。
注:
本次测试评价执行的是SY/T6275-1997《石油企业节能监测综合评价方法》和SY/T6374-1998《机械采油系统经济运行》,这两项标准距今约有10年时间,这10年中,技术得到了大幅发展,而标准中的评价指标一直未变,多项指标已经落后于目前的平均水平。
1.2存在问题
通过本次测试可知中石化各油田分公司主要存在以下问题:
1)电力设备老化
(A)应淘汰的旧变压器仍在使用
为了节约电能,国家已明令1998年底淘汰S7型变压器,而本次测试的抽油机变压器S7型占测试总数的29.39%,各油田S7型变压器分布见表5-2。
这些变压器在现场使用时间长,空载损耗远远超过国家标准,根据中石化油田企业能源检测中心的抽检结果,这类变压器空载损耗的平均值比S9型高0.4kW,极大的增加了变压器损耗。
(B)修复电动机多、损耗大
本次测试的电机中约33.48%的电机为修复电机(各油田修复电机数量见表5-3),由于各油田采油厂自己进行电机修复,而修复质量缺少相应的监督机制,其修复质量根本无法保证,现场抽检显示其平均空载损耗比国家标准高0.9kW以上。
抽油机正常运行后,其负载损耗还会更高。
本次测试的887台修复电机空载功率超过标准798.3kW,每年多耗电699.3万度。
表5-2各油田分公司S7系列变压器统计表
项目
单位
变压器有效台数
(台)
S7系列数量
(台)
S7系列比例
(%)
胜利
1019
242
23.75
中原
113
37
32.74
河南
稀油
138
50
36.23
稠油
28
17
60.71
江汉
167
55
32.93
江苏
124
66
53.23
合计
1589
467
29.39
备注:
变压器有效台数只包括本次测试过程中有铭牌的变压器,没有铭牌的不包括在内。
表5-3修复电机统计表
单位
测试井数
(口)
修复电机数量
(台)
修复电机所占比例
(%)
胜利
1616
487
30.14
中原
314
128
40.76
河南
稀油
196
147
75.00
稠油
134
60
44.78
江汉
222
46
20.72
江苏
212
19
8.96
合计
2694
887
33.48
图5-1修复电机所占比例管状示意图
2)变压器存在“大马拉小车”现象
本次测试抽油机变压器装机容量平均为55.85kVA,造成各油田变压器平均负载率都低于标准40%的要求,本次测试变压器平均负载率为24.24%,77.97%的变压器负载率小于40%(各油田变压器运行情况见表5-4)。
也就是说,变压器装机容量过大是造成变压器“大马拉小车”的主要原因。
一般情况下,变压器的负荷在额定负荷的40%-70%时,变压器的效率最高。
变压器存在“大马拉小车”现象,导致变压器损耗增加,自身效率较低。
3)平衡度合格率低
本次测试平衡度合格率仅为50.4%,各油田分公司平衡度合格率见表5-5,根据表5-5做出各油田平衡度合格率条形示意图(图5-2),从图5-2可以清晰的看出除江苏油田外,平衡度合格率都较低。
一口抽油机从不平衡调到平衡可节电(0.3-1.5)kW,5个油田抽油机约为19087口,根据本次测试结果,不平衡井约为9467口,则调整这些不平衡的井每年可节电4147万度(按单井从不平衡调到平衡可节电0.5kW)。
表5-4变压器负载率统计表
单位
变压器
有效台数(台)
单井
装机容量(kVA)
变压器
输出有功功率
(kW)
变压器
输出视在功率
(kVA)
负载率
(%)
负载率<40%所占比例
(%)
负载率>40%所占比例
(%)
胜利
1019
50.28
7.84
11.93
23.72
73.70
26.30
中原
113
66.16
10.93
18.86
28.51
92.04
7.96
河南
稀油
138
75.00
12.63
16.65
22.2
85.51
14.49
稠油
28
52.39
3.70
11.56
22.07
78.57
21.43
江汉
167
66.59
10.00
21.17
31.79
79.64
20.36
江苏
124
56.70
6.36
8.39
14.79
89.52
10.48
平均
1589
55.85
8.39
13.54
24.24
77.97
22.03
表5-5中石化油田分公司平衡度合格井数统计表
单位
测试井数
(口)
平衡度合格井数
(口)
平衡度合格率
(%)
胜利
1616
768
47.5
中原
314
161
51.3
河南
稀油
192
100
52.0
稠油
138
64
46.3
江汉
222
101
45.5
江苏
212
163
76.9
平均
2694
1357
50.4
图5-2中石化油田分公司平衡度合格率条形示意图
4)低产液量井的冲次较高
本次测试的2694口抽油机中,921口井泵充满系数低于标准要求,其中严重供液不足,泵充满系数小于0.2的井有333口,占12.57%,这333口井平均泵充满系数为0.11,目前平均冲次4.31次/分,如果通过调整抽油机的冲次,仅将抽油机的泵排量系数提高到标准要求的0.4,理论上每分钟1.2次就可满足生产工艺的需要,也就是说将这些严重供液不足的井调整到1次~2次就可满足。
从4.31次/分降到1.5次/分,理论上节电65%,实际上节电效果在50%左右。
这333口井因冲次较高每年多耗电1228万度。
另外,冲次数多,抽油杆、抽油管、抽油泵磨损必然加快,故障率也会增加,修井作业的频率增大,成本费用大幅增高。
表5-6中石化油田分公司泵排量系数统计表
单位
平均
泵排量系数
≥0.4
比例
(%)
(0.2,0.4)
(0,0.2]
数量
(台)
比例
(%)
平均冲次(次/分)
数量
(台)
比例
(%)
平均冲次(次/分)
胜利
0.55
66.97
351
21.70
4.19
183
11.33
3.91
中原
0.48
61.40
93
29.50
4.55
29
9.10
3.82
河南
稀油
0.58
68.93
34
17.68
4.86
25
13.27
4.75
河南
稠油
0.34
30.60
57
41.04
5.55
39
28.36
5.92
江汉
0.56
61.38
36
16.34
4.18
49
22.28
3.84
江苏
0.61
88.08
18
8.29
4.24
8
3.63
3.65
合计
588
333
5)部分油田低压供电半径过大
本次测试变压器一拖多(一台变压器带两口或两口以上油井)比例大,造成井口电缆过长,线损增加。
中原油田和河南油田稠油井变压器一拖多比例接近100%,造成井口电缆长度平均值都超过了200m,分别为263.3m,213m,最长的超过2000m,二者的平均线损分别为0.302kW、0.087kW(各油田低压供电半径及低压线损见表5-7),其中中原油田井号为13-399井低压线路损耗达到了9.458kW。
根据平均单井线损做出低压线损柱状图(如图5-3),从图5-3可以看出,低压线损最高的是中原油田,其次是江汉油田和河南稠油井。
根据本次测试结果,中原油田2499口抽油机每年仅低压电缆线损失就达661万度。
表5-7低压供电半径及低压线损计算表
参数
单位
变压器
有效台数
(台)
“一变带多口井”的变压器
平均电流(A)
低压供
电半径
(m)
平均单
井线损
(kW)
数量(台)
比例(%)
所带
井数
(口)
胜利
1019
196
19.23
407
23.10
56.5
0.063
中原
113
108
95.58
322
23.38
263.3
0.302
河南稀油
138
45
32.61
96
27.08
47.0
0.073
河南稠油
28
28
100.0
98
13.92
213.0
0.087
江汉
167
70
41.92
161
18.78
181.7
0.134
江苏
124
29
23.39
61
18.80
40.0
0.030
合计
1589
476
29.96
1145
备注:
线损计算时,电缆均按铜线、截面积按25mm2。
图5-3各油田分公司低压线损柱状图
6)供电质量无法保证
由于6kV线路较长,导致变电所出口和末端电压差值较大,部分线路出口电机在高于额定电压以上运行,而线路的末端电机在低于额定电压以下运行;目前现场使用的普通变压器一次侧只有三个挡位,±5%的调整幅度,无法保证变电所出口和末端的抽油机在额定电压下工作。
本次测试电压波动超过±7%(国家标准)的占8.70%,甚至有5.28%抽油机电压波动超过±10%,各油田分布见表5-8。
资料显示:
当电压波动超过±10%时,变压器和电动机的损耗增加(0.1—0.3)kW。
本次测试有142口井运行电压波动超过±10%,供电质量无法保证导致这些井电机和变压器的损耗增加,每年多耗电25万度。
表5-8各油田电压波动分布
单位
测试井数
(口)
二次侧电压波动超过±7%
百分比
(%)
二次侧电压波动超过±10%
百分比
(%)
胜利
1616
15.26
3.50
中原
314
14.97
5.40
河南稀油
196
37.20
11.3
河南稠油
134
0.72
0
江汉
222
32.18
16.34
江苏
212
20.52
5.13
合计
2694
8.70
5.28
7)管理手段不够先进
由于无法经常对抽油机进行测试,也无法及时了解到抽油机的运行情况,导致现场会发生以下情况:
(A)有些严重漏失、断脱等不正常的井不能及时发现,及时作业,导致抽油机空抽;
(B)抽油机工况的变化,导致平衡度变化,不能及时测试、及时调整;
(C)供电质量不合格不能及时发现。
1.3推荐节能技术
根据中石化“十五”期间股份公司节能项目大调查,有杆游梁式机采系统节能项目投入比重大,主要包括8类18项节能技术,具体分类如表5-9:
表5-9“十五”期间股份公司机采系统节能项目
技术手段
5家合计
技术手段
5家合计
项目数量
投资(万元)
年回
报率
(%)
项目数量
投资(万元)
年回
报率
(%)
综合类
12
5289.6
134
监测计量类
10
1835.7
46
减速传动类
9
478.7
104
开关磁阻电机类
5
1009.2
41
变频控制柜类
10
1064.0
73
间开控制柜类
3
537.2
40
变速箱减磨剂类
1
38.0
70
双功率电机类
7
813.4
37
永磁电机类
14
3380.8
60
电磁调速电机类
3
308.4
36
无功补偿类
9
1712.6
58
S11变压器类
11
3373.1
27
可控硅调压类
6
1430.0
57
升压改造类
5
1214.0
18
高转差电机类
3
2113.9
56
星角切换控制柜类
4
329.0
17
可调变压器类
4
2075.5
46
抽油机改造类
3
3785.5
14
由于上表中数据均为上报值,没有经过中石化油田企业能源检测中心检测验证,根据中石化油田企业能源检测中心多年的现场检测经验及本次测试存在的问题,结合本次测试过程中的调查和中石化“十五”节能项目大调查,推荐优选以下节能技术:
1)拖动系统优化技术研究
(A)项目概述
课题提出了油田机采系统“大马拉小车”的根本原因在于电机启动瞬间电压跌落过大,对380V线电压压降平均达90V左右,导致电机启动转矩衰减过大,因此不得不提高变压器和电机额定功率等级,从而产生了“大马拉小车”,针对这一问题,课题研制了获国家发明专利的双电压自动调压变压器和抽油机专用永磁电动机,最大限度地解决了国内石油行业多年没有解决的抽油机“大马拉小车”的问题,使现有的变压器额定容量减少一至三个容量段、电动机额定功率可降低二至三个功率等级,抽油机电动机的负载率从原来的15
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