数字抽油机可行性分析报告(共19页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上晋中市科技攻关计划项目可行性研究报告项目类别：工业 项目名称：节能型油田用数字化抽油机的研发项目申报单位：晋中丰亿机械有限公司（盖章）目 录3644七、必要的支撑条件、组织措施及实施方案3、组织实施的方案17 一、项目概述1、项目提出背景、意义及必要性20世纪90年代以来，我国东部各主要油田相继进入中高含水开发期。为确保高效生产，对抽油机的要求呈现两个特点：一是急需采用长冲程抽油机，以增加油井的产液量；二是为了降低油井的单位生产成本，对抽油机的节能性提出了更高的要求。其次就目前抽油机耗电量大，工作效率、能量利用率低这一现状仍是我国抽油机研究的重点之一，在抽油机效率和节能方面，还有很大的提升空间，具有非常诱人的前景。目前，国内外油田大多数用的是游梁式抽油机，在实际操作过程中存在能耗高、体积大、操作复杂等弊端，中国石油、中国海油都推广使用智能节能型抽油机。国内虽然有生产抽油机的厂家很多，多数厂家其产品技术含量低，能耗高，不具有竞争优势；具有上述抽油机生产能力的厂家不足十家，产能仅满足市场需求的60%，大量智能型节能型抽油机依靠从美国、加拿大、俄罗斯等国家进口，进口产品价格比国内同型号的产品贵80%。因此，研发推广节能型数字化抽油机市场潜力巨大，有待于进一步的挖掘。长冲程抽油机的研制应用能力不足一直是我国抽油机发展的瓶颈，长冲程抽油机具有减小冲程损失、提高系统效率、延长机杆泵的使用寿命、减少故障及提高整机运行质量等优点。因此, 发展长冲程抽油机对当前我国老油田高含水井后期开采, 减缓产量递减速度, 开采稠油、低渗透油田以及沙漠油田深井及超深井的机械开采, 都具有重要的现实意义。游梁式抽油机的局限性十分突出，多方面事实说明，长冲程、低冲次、低功耗的无游梁式抽油机是今后抽油机发展的主要方向。为适应油田采油需要, 在适当发展游梁式长冲程抽油机的同时, 应加速开发各类无游梁式长冲程抽油机。开发无游梁曲柄摇杆轮式斜井抽油机和大型斜直井抽油机将对我国油气资源开采有重要意义。根据我国实际情况, 发展无游梁大冲程、低能耗、具有高适应性的直井抽油机和斜井抽油机, 将是我国今后抽油机发展的主要方向。近年来，变频技术在抽油机上得到了广泛应用。利用变频控制系统实时调整工作参数，提高电机功率因数，减小供电电流，还可以实现电机的软起动，减小冲击，并可根据油井供液能力实时调整冲次频率，实现增产节能效果；另外，研究开发机电一体化抽油装置，根据抽油机井特性实时控制和改变抽油状态，实现高效智能化采油。如美国NSCO公司智能抽油机，采用微处理器和自适应电子控制器进行控制与监测，具有功能多、抽油效率高、自动化程度高、经济性好、安全可靠、适应性强等优点。因此，数字化抽油机的研发势在必行。 煤层气的主要成分是甲烷，这使得煤层气可以作为优质民用燃料、工业燃料、化工原料、液化天然气燃料和合成油原料等。 煤层气作为民用燃料，和煤炭比较具有热值高、污染小、使用安全等特点，不需庞大的净化处理装置，不腐蚀、不堵塞输气设备。我国煤层气资源丰富，埋深2000m以浅煤层气地质资源量约36万亿立方米，资源量位列俄罗斯、加拿大之后，居世界第三位。主要分布在华北和西北地区。其中，华北地区赋存的煤层气地质资源量占全国煤层气地质资源总量的56.3%。山西是煤炭资源大省，煤炭资源非常丰富。近年来，我国煤层气勘探开发的探索脚步不断加快，煤层气成藏条件与机制探索在国家层面上展开，煤层气地质研究进入了求源和成藏作用探索过程；大井网煤层气勘探开发试验取得突破，水平羽状井、丛式井等技术在煤层气开发中得到应用，对二氧化碳注入等新的增产技术进行了现场试验，晋城地区开始了煤层气商业化生产，与美国、加拿大等国对外合作取得成果，中国煤层气产业的雏形已经形成。我国煤层气开采技术同发达国家比还有差距，当前，在全世界的煤层气工业界，已大量采用的成熟开发方式是压力衰竭法，即利用不同方法使煤层中的气体压力降低，随着气体压力的降低，煤层气由吸附态经过解吸变为游离态，游离态煤层气通过各种裂隙（缝）流入煤层气井，直至煤层中气体压力很低。压力衰竭法包括地面垂直井、采动区井（GOBWELL）、煤矿井下水平井等开采方式，这3 种方式在我国都不同程度地被采用。由于技术进步， 现已出现了注气（N2、CO2） 增产、羽状水平井等先进的煤层气开发方式，可以大大提高煤层气的采收率；这些技术目前仅在美国、加拿大等少数国家的局部地区进行过试验，尚未被大规模采用。基于这些情况，当前我国煤层气资源评价所依据的现今开发技术是压力衰竭法，以地面垂直井为主要开采方式。近几年国家出台一系列促进煤层气发展的优惠政策,鼓励煤层气开发。比如,煤层气价格按市场经济原则,由供需双方协商确定,国家不限价;对煤层气勘探开发作业的设备等免征进口关税和进口环节增值税等;煤层气利用还有0.2元/立方米的补贴。抽油机是煤层气抽采的地面主要设备，未来的市场需求十分广阔。2、攻关目标和内容有油井参数和电参数的采集和传输；抽油机远程启停；语音提示/报警；软启动和过载保护；最佳工作冲次的判断及调节；抽油机平衡的判断与调节以及与站控系统软件的通讯3、项目形成成果、知识产权及完成时间项目完成后，可形成数字抽油机一台，预计可申报实用新型专利两项。项目完成时间：2015年12月二、项目立项的必要性及市场需求分析1、项目攻关的必要性长庆油田地处鄂尔多斯盆地，横跨陕、甘、宁、蒙、晋五省（自治区），是典型的“三低”油田。依据“十二五”规划，到2015年，长庆油田油气当量将达到5000万吨，油井总数也将达到5万口。年耗电量接近10亿千瓦时，占油田生产总用电量的60，是主要的耗能大户。我国抽油机的数量在10万台以上，电动机总容量在3500MW，每年耗电量逾百亿千瓦时。抽油机的工作效率特别低，在我国平均效率为25.90%，而国外平均水平为30.50%。年节能潜力可达到几十亿千瓦时。为进一步提高抽油机采油系统效率，节约能源，降低开采成本，对建立低碳节约型企业、实现油田经济有效开发，研制开发数字化抽油机就显得尤为重要。2、项目的市场需求分析“节能减排，是我国的一项基本国策，也是打造低碳油田的现实需要。”我国油田不像中东油田那样有很强的自喷能力，多为低渗透的低能、低产油田。以电换油或者以水换油是我国油田的现状，因而，电费在我国的石油开采成本中占了相当大的比例，据估计，中国石油天然气股份公司平均每吨原油成本中的电费支出占到2030%，地方油田生产成本中的电费支出更大，所以，石油行业十分重视节约电能。随着油田的不断开发，地层能量逐渐消耗，长冲程、低冲次以及冲程、冲次在线可调成为油田机械采油设备的发展方向。目前国内抽油机机械结构很少有大的创新，导致了抽油机的运行效率仍然较低。据资料显示，国内抽油机的运行效率仅为25.96%，而国外平均水平为30.05%。国内目前的节能型抽油机主要包括异相曲柄平衡抽油机、前置式抽油机、双驴头抽油机等，虽然各种形式的节能型抽油机都比常规抽油机节能。在分析以上几种节能型抽油机现场使用情况后，我们进行了市场调研，并借助于业内专家的经验，最终开发了“数字化抽油机”这一新型节能设备。三、相关领域内技术现状、发展趋势及国内现有工作基础1国内外技术现状抽油机是有杆抽油系统中最主要举升设备。根据是否有游梁，可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。经过一百多年的实践和不断的改进创新，抽油机不管是结构形式还是在使用功能上，都产生了很大的变化。特别是近几十年来，世界对原油的需求量不断加大，对油田深度开采的能力有了更进一步的要求，在很大程度上加快了抽油机技术发展的速度，催生出多种类型。目前, 国内抽油机制造厂有数十家, 产品类型已多样化, 但游梁式抽油机仍处于主导地位。根据公开发表的资料统计, 我国现有6 大类共45 种新型抽油机, 并且每年约有30 种新型抽油机专利, 十多种新试制抽油机, 已形成了系列, 基本满足了陆地油田开采的需要。各种新型节能游梁式抽油机如双驴头式抽油机、前置式抽油机、异相曲柄平衡抽油机、前置式气平衡抽油机、下偏杠铃系列节能抽油机和用窄V 形带传动的常规抽油机等均已在全国各个油田推广应用, 并取得了显著的经济效益。长冲程、低冲次的无游梁式抽油机的研制也取得了一些进展, 如由胜利油田研制的无游梁链条抽油机, 经过国内十几个油田稠油及丛式井的推广使用, 在低冲次抽油和抽稠油方面已初见成效。此外, 桁架结构的滑轮组增距式抽油机、滚筒式长冲程抽油机已在某些油田进行了工业试验; 齿轮增距式长冲程抽油机的研制工作也取得了新的进展; 质量轻、成本低、便于调速和调整冲程的液压抽油机经过几年的研制和工业性试采油, 也积累了一定的经验。其他型式新颖的抽油机如数控抽油机、连续抽油杆抽油机、车载抽油机、磨擦式抽油机、六连杆游梁式抽油机和斜直井抽油机等也正处于不断改造和试生产过程中。然而，游梁式抽油机的缺点是不容易实现长冲程低冲次的要求，因而不能满足稠油井、深抽井和吉气井采油作业的需要。同时，长冲程低冲次的无游梁式抽油机的性能尚有待完善 (如油田正在使用的链条式抽油机还存在链条寿命短、换向冲击载荷大和钢丝绳易断、导轨刚度不足容易变形等问题)，而且品种规格还很少，不能适应当前石油工业的发展。 液压抽油机至今仍处在研制阶段。2国内外技术发展趋势世界范围内抽油机技术发展的总趋势是向着多样化、超大载荷、长冲程、节能型、无游梁式和自动化、智能化方向发展。（1） 朝着大型化方向发展随着世界油气资源的不断开发，开采油层深度逐年增加，石油含水量也在不断增多，采用大泵提液采油工艺和开采稠油等，都要求采用大型抽油机，所以近年来，国外出现了许多大载荷抽油机，如前置式气平衡抽油机最大载荷213kN，气囊平衡抽油机最大载荷227kN等。还会出现更大载荷新型抽油机。采用长冲程抽油方式，抽油效率高，抽油机寿命长，动载荷小，排量稳定，具有较好的采油经济效益，所以近年来国外出现了许多长冲程抽油机，如法国Mape公司抽油机，最大冲程10m35；美国WGCO公司抽油机最大冲程24.38m，NSCO公司抽油机最大冲程27.48m；原苏联钢带式超长冲程抽油机最大冲程1500m。长冲程抽油机全部采用低冲次抽油方式，Mape公司抽油机最大冲次5min，GDCO公司抽油机最大冲次为3min。（2）朝着低能耗方向发展为了减少能耗，提高采油经济效益，近年来国外研制与应用了许多节能型抽油机。例如异相型抽油机节电15%35%；前置式抽油机节电36.8%；前置式气平衡抽油机节电35%；轮式抽油机节电50%80%；大圈式抽油机节电30%；自动平衡抽油机节电30%50%；低矮型抽油机节电5%20%；ROTAFLEX抽油机节电25%；智能抽油机节电17.4%；螺杆泵采油系统节电40%50%。（3）朝着精确平衡方向发展近年来国外很重视改进和提高抽油机的平衡效果，使抽油机得到更精确平衡。例如变平衡力矩抽油机，可使上冲程平衡力矩大于下冲程力矩。前置式气平衡抽油机，由于可在动态下调节气平衡，平衡效果较好。气囊平衡抽油机有90%以上载荷得到平衡。双井抽油机可利用两口油井抽油杆柱合理设计得到更精确的平衡。自动平衡抽油机可保证在上下冲程每一瞬间得到较精确的平衡效果。（4）朝着高适应性方向发展现代抽油机应具有较高的适应性，以便拓宽使用范围。例如适应各种自然地理和地质构造条件抽油的需要；适应各种成分石油抽汲的需要；适应各种类型油井抽汲的需要；适应深井抽油需要；适应长冲程抽油的需要；适应节电的需要；适应精确平衡的需要；适应无电源和间歇抽油的需要；适应优化抽油的需要等。（5）朝着长冲程无游梁方向发展近年来国外研制与应用了多种类型长冲程抽油机，其中包括增大冲程游梁抽油机、增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机；实践与理论分析表明，增大冲程游梁抽油机是常规游梁抽油机的发展方向；增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向；长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向。（6）朝着自动化和智能化方向发展近年来抽油机技术发展的显著标志是自动化和智能化。美国Baker提升系统公司、Delta-X公司、APS公司等均研制了自动化抽油机，具有保护和报警功能，实时测得油井运行参数，及时显示与记录并通过计算机进行综合计算分析，推出最优工况参数，进一步指导抽油机以最优工况抽油。美国NSCO公司智能抽油机，采用微处理机和自适应电子控制器进行控制与监测，具有抽油效率高、节电、功能多、安全可靠、自动化程度高、经济性好、适应性强等优点。3国内现有工作基础抽油机的主要类型有: 游梁式抽油机、宽带式抽油机、链条式抽油机、数控抽油机、液压抽油机、长冲程抽油机、节能抽油机、计算机控制的抽油机、以及采用柔性构件作传动的抽油机等。其中游梁式抽油机应用最为普遍，其特点是: 游梁式抽油机结构简单、制造容易、维修方便。抽油机的工作状况为，24h野外连续运转，无人看守，工作环境恶劣。而其它类型的抽油机一般仅局限在特定的服役条件下才能发挥它们的优点。抽油机主要由底座,悬绳器,支架总成,驴头,游梁,横梁,连杆装置,曲柄装置,减速器,游梁支承,电机装置和刹车装置等部件组成。近几年，在抽油机工作状况和载荷特性研究、抽油机性能优劣的评价方法、游梁式抽油机优化设计数学模型的研究、驱动抽油机的电动机特性研究、抽油机分类方式的研究、抽油机的模块化设计研究、新设计理论在抽油机设计中的应用、抽油机平衡最佳条件的研究、对二次平衡技术的认识、新机型的研制、现有抽油机的增强改造以及抽油机主要零部件的研究等科研成果中取得较大进展。选择合适的驱动电动机是抽油机设计、研究和使用工作者关注的重点问题。抽油机的扭矩特点是渡动较大，且存在负扭矩，这就要求驱动抽油机的电动机，不仅电动机本身在较宽的载荷率下工作效率较高，而且更重要的是符合抽油机的载荷状态，使抽油机悬点加速度变化趋于均匀，抽油机主要构件如连杆、支架的受力，特别是减速器承受的扭矩有所改善，平衡效果变优。即不仅要求驱动抽油机的电动机节能，而且要求电动机的特性使抽油机的工作状态和有杆采抽系统最优。这点，已经得到大多数研究人员和油田工程师的认可。四、项目计划目标及主要研究内容1、主要目标（1）油气井参数、电参数采集和传输。（2）抽油机远程启停：接收上位机指令实现抽油机远程启停。（3）语音提示/报警：按照上位机指令，进行语音提示和报警。（4）抽油机平衡度的自动判定及调整。自动监测并实时显示抽油机的平衡状况，可手动或自动将抽油机调整到最佳的平衡状况，降低峰值电流，达到保护减速器和节能的目的。（5）抽油机最佳工作冲次的判定及调整。实时显示抽油机的冲次。可以手动无级调节冲次，也可以根据油井产液量大小，自动寻找最佳冲次，并向上位机推荐最佳冲次。按照上位机指令，将抽油机调整到最佳冲次。在保证产液量的情况下，冲次调整到最小，达到最佳节能效果。（6）实现软启动和过载保护。降低了启动惯性载荷，结合最佳平衡判定与调节技术，使抽油机的装机功率降低一个档，可降低井场电网容量30%。 2、研究与开发内容（1）数字化抽油机智能控制柜 数据采集传输模块：实现本机与上位机的数据传输，并实现本机的逻辑运算与智能控制。 数据显示模块：实时显示抽油机的冲次和平衡度。 工频：包含了原有工频控制柜的功能，具有工频启动、停止、过流、过载、缺相等保护的功能。 变频：可通过变频器的变频，调整抽油机冲次。并实现电机的软启动及多项保护功能。 工频、变频相互切换：当变频器发生故障时，系统可自动切换到工频状态。（2）一体化载荷悬绳器：将载荷传感器嵌入到特制悬绳器中，对传感器有效保护。 （3）传感器：实现载荷和位移及电参数的实时采集与传输。（4）平衡调节装置：包括控制系统和执行机构，具有手动和自动两个功能，根据平衡度的大小，调节平衡重的力矩，实现抽油机平衡状态的无级调节。3、项目的技术关键，包括技术难点、创新点技术难点：1、数据采控模块：监视抽油机生产工况，可按随意设定时间间隔采集油井功图，采集油压、套压、油温、动液面等现场参数，远程智能控制抽油机启停。2、节能模块：具有空抽控制、间抽控制和连喷带抽控制功能，可使抽油井、抽油机运行在最佳工作状态，也可起到节能增产的作用。3、诊断、安全模块：通过功图专家诊断软件，可判断当前油井的实际工况如出沙、结蜡、供液不足、漏失、碰杆、脱杆等工况。对油杆卡杆、断杆，盘根漏油，电机过流、断相，油管漏失等进行停机安全保护与报警。4、电能模块：电能模块可实现电机电力参数的采集,包括三相电压、电流、有功功率、无功功率，功率因数，今日耗电量、昨日耗电量等。5、故障主动上报模块：抽油机现场故障主动上报功能，最快速度应对突发事件。6、无线仪表接入模块：支持接入无线负荷/位移传感器、无线压力传感器、无线温度传感器，方便现。创新点：1、空抽控制油井的空抽会造成很大的危害，通过设置空抽控制点和停机时间来实现空抽控制。当实测功图包含空抽控制点时，控制器认为此时深井泵仍具有一定泵效，继续运转；当连续测得的几幅功图（此值可设）均不包含此点时，控制器认为深井泵发生空抽，自动停机；当停机一段时间，液面恢复后，又自动启抽，从而实现空抽控制。此控制方式可起到节能的作用。2、负荷超限控制当抽油机正常工作时，负荷和负荷跨度处在一定的范围之内。当抽油机出现异常，如卡杆或断杆时，负荷或负荷跨度会超限，此时控制器会给出报警信息并自动停机，防止电机和泵损坏。3、峰谷节能控制抽油机控制器可定点设定抽油机的启停，这样抽油机就可根据生产需要，错开用电高峰对抽油机进行管理。此控制方式也可起到节能的作用。4、连喷带抽控制在新油田，油井在转抽初期仍具有一定的自喷能力，如不加控制，采液量可能过高；若装油嘴控制，连续抽一定时间后，井口压力太高，易造成盘根漏，加大现场管理工作量；另外，抽油机无力消耗加大，会造成能源浪费。采用连喷带抽控制，可解决此问题。此控制可起到节能的作用。五、技术、经济效益分析1、技术经济效益分析（1）技术指标节能2530%，按年产量1000台计算，实现节能：2000万千瓦时根据油井工况智能调节平衡，提高工效，减少设备维修费用；远程数据采集，控制可提高管理水平；（2）经济效益销售收入：15000万元。销售税金：50万元项目毛利润1195.14万元（3）社会效益本项目综合了国内外采油机械的先进技术，满足了油田的节能要求，具有巨大的市场潜力。寄望在数字化抽油技术的基础上，进一步开发油田采油机械的节能潜力。产品批量投产第一年，即可为社会创造80个岗位的就业机会。实施本项目将使油田节能工作的开展更进一步，为我国提倡的“绿色生产”贡献力量，并对持续发展起到良好的推动作用。所以，这一产品的研发生产能创造较高的社会经济效益。2、推广应用前景分析近年来，随着国民经济的快速发展，石油需求日益旺盛,石油资源的供需矛盾进一步凸显。中国经济的持续增长需要持续增长的能源供给，中国石油行业是国民经济的支柱产业，随着生产结构向低能耗的领域转变，石油需求总量将继续保持增长，中国经济宏观政策重心将由“强力刺激、提振信心”逐步转向“稳固增长、提升国力”。经济形势回升态势将时一步稳固，中国经济仍将保持平稳发展，并带动国内油气及石化产品需求持续增长，总体形势对石油开采行业生产经营有利。3、项目实施风险分析六、计划实施年限、经费预算及来源渠道1、年度计划2、经费预算该项目总投资90万元，各项费用如下表（单位：万元）支出预算合计90一、人员费34其中：项目负责人7 主要研究人员27二、设备费7 1购置费7 2试制费0三、能源材料费25四、试验外协费17五、资料及印刷费1六、会议差旅费3 1会议费1 2差旅费2七、项目管理费1八、其他费用23、经费来源项目总投资90万元申请扶持资金30万元单位自筹60万元七、必要的支撑条件、组织措施及实施方案1、必要的支撑条件晋中丰亿机械有限公司位于山西省晋中市修文工业区108国道旁，交通便利，运输方便。注册资金5000万元。现有在职高级工程师、工程师、技术人员、管理人员、技术工人共200余人。公司主要生产煤炭机械、石油机械、减速器、三大系列三十余个品种。随着企业的改制与发展，公司各种设备，检验仪器和手段不断完善，各类人员配备齐全，在生产管理上形成了一套完善的机制，达到了一定的规模。近年来在力促产品开发，强化科学管理方面投入了很大的精力，做了详尽的工作，于2011年加入中国石油天然气集团公司物资供应商行列，通过了美国石油协会API认证，完善了IS09001-2000质量管理体系，建立了从产品设计、开发、生产计划、控制到销售的全过程的完整的CAD计算机设计系统与ERP生产管理计算机信息管理系统，形成年产各类减速器2000台的生产能力。2、组织管理的措施 八、其它说明九、科技行政主管部门意见专心-专注-专业