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1、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 录一、项目概述31、项目提出背景、意义及必要性32、攻关目标和内容43、项目形成成果、知识产权及完成时间3二、项目立项的必要性及市场需求分析51、项目技术攻关的必要性52、项目的市场需求分析6三、相关领域内技术现状、发展趋势及国内现有工作基础71国内外技术现状、专利等知识产权情况分析和国内现有的工作基础72国内外技术发展趋势8四、项目计划目标及主要研究内容91、主要目标92、研究与开发内容103、项目的技术关键，包括技术难点、创新点10五、技术、经济效益分析
2、121、技术经济效益分析122、推广应用前景分析133、项目实施的风险分析13六、计划实施年限、经费预算及来源渠道141、年度计划142、经费预算143、经费来源15七、必要的支撑条件、组织措施及实施方案1、必要的支撑条件152、组织管理的措施163、组织实施的方案17 八、其它说明17九、科技行政主管部门意见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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
