中国石油天然气集团公司(以下简称中国石油)到目前已经发展成为一家集油气勘探开发、炼油化工、油品销售、油气储运、石油贸易、工程技术服务和石油装备制造于一体的综合性能源公司。既是能源生产大户,也是能源消耗大户,近年来年均综合能源消耗量约占全国能耗总量的2%-3%。油气田生产是主营业务板块之一,能源消耗量约占全公司的一半,节能降耗工作对于中国石油改变经济增长方式、建设资源节约型企业至关重要。
坚持“突出重点、效益优先、典型示范、成熟先行”的原则,结合老油田二次开发,优先安排实施技术成熟、效果显著、具有典型示范作用的重点项目,实施一批以机采、注水、电力系统节电和集输系统节气、节油为重点的节能技术改造项目,加大伴生气回收利用的力度。从2004年起重点组织实施了优化简化“双十”工程,连续三年安排了优化简化“双十”工程专项项目。“十一五”期间,编制了油气田节能专项规划,计划在油气田业务投资48亿元节能专项项目,目前已经下达24亿元投资。
节能的三种途径包括:结构节能、技术节能和管理节能,其中,我国当前技术节能的贡献率仅为13.4%。这就意味着,按照当前技术进步的节奏是无法满足实现“十一五”节能目标的要求,发展节能技术的空间很大。
在电机方面,针对抽油机的负荷特点,广泛应用了高(超高)转差电机、双速电机、永磁电机、变频调速电机等,形成了石油天然气行业标准《CJT系列抽油机节能拖动装置》(SY/T5226—2005)。例如,大庆油田“十一五”以来,对6600多口井实施了节能技术改造,其中,包括更换节能抽油机、节能电机和控制箱,实施抽油机和电机节能改造等,措施井平均单井日节电25kWh,抽油机系统效率平均提高3个百分点。
油田游梁式抽油机结构简单,可靠性高,使用维护方便,适应现场工况,在采油生产设备中占75%以上,随着油田进入高含水的开发中后期,尤其是电费在采油成本中所占的比例逐年升高,如何打造油井电动机的节能增效是下步工作的一项重要任务。
油田常用的三相异步电动机,在理想情况下的效率为90%左右,且大多功率因数小于0.4,负载率不足30%,浪费电力严重。抽油机使用的电动机工作载荷是带冲击的周期性交变载荷,与按恒定载荷设计制造的通用电动机的工作特征不匹配。通用电动机的机械特征是硬特征,在运行过程中其转速随载荷变化不大,而抽油机的交变载荷增加了电动机的电动损耗,再加上选择的抽油机与实际需要不匹配,降低了整机的效率。
目前电动机带动抽油机弊端:电动机负载低。为保证抽油机的启动要求和在运行时有足够的过载能力,通常所配的电动机装机功率较大,而电动机正常运行时都是轻载运行,造成抽油机负载率低,与电动机不匹配,形成“大马拉小车”的生产状况,使线路、变压器、电动机的功率损耗增大;电动机的运行效率取决于负载率,轻载时电动机的效率很低,当负载增加到一定值时,变化则很小,有实验证明:负载率<0.4时,效率的变化不大,负载率>0.7时,效率最高。当电动机负荷很低时,电动机仍要从电网吸取较大的无功功率,从而降低了功率因数,这就是目前电机功率因数低的主要原因。
平衡率低。现场使用的抽油机平衡率低,严重的不平衡造成电力的浪费,造成多数电动机电流变化不均匀,使电动机内耗大大增加,影响整个抽汲系统的效率。
存在发电现象。现有的节电措施大都是针对电机低负荷率下效率低和功率因数低造成的电能浪费的情况,而抽油机浪费电能的另一个重要原因是抽油机拖动电机发电,有实验证明:目前使用的各种类型的电动机都多少存在这种情况。由于抽油机负载波动很大,在抽油机的正常运转中会出现抽油机减速箱输入轴的运转速度大于电机对它的驱动速度的情况,这时,抽油机就拖动电机发电,其发的电不会完全与电网同步和存在线路损耗,可以肯定电机发的电不能完全被电网利用。在整个电能—机械能—电能的转换过程中能有很大的一部分能量被浪费掉。
抽油机在石油开采中的地位非常重要,而国内目前使用的抽油机的运行效率偏低,尤其是在其电机的使用方面上,所以要改造抽油机首先要从提高运行效率的方面上着手。