油井風(fēng)能供電技術(shù)

鄭煥軍1中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所； 2大慶油田采油六廠

油井風(fēng)能供電技術(shù)

鄭煥軍1；21中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所； 2大慶油田采油六廠

油井風(fēng)能供電系統(tǒng)是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、配套蓄電池組以及控制器組成的，采取蓄電池組存儲(chǔ)后由控制器直接輸出的方式?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)油井電機(jī)啟動(dòng)最大電流為8.99A，表明逆變器和蓄電池組沒(méi)有瞬間過(guò)載峰值出現(xiàn)，保證了風(fēng)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。以蓄電池存儲(chǔ)為主的離網(wǎng)型風(fēng)力供電系統(tǒng)不僅可以滿足螺桿泵井啟動(dòng)與運(yùn)行的需要，而且還適合風(fēng)能資源較好的邊遠(yuǎn)油田的單井供電。

油井；風(fēng)能；供電；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；效果評(píng)價(jià)

1 技術(shù)路線

目前風(fēng)力供電技術(shù)有兩種方式：一是采取離網(wǎng)型風(fēng)力供電技術(shù)，即系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、配套蓄電池組以及控制器組成，采取蓄電池組存儲(chǔ)后由控制器直接輸出的方式，其優(yōu)點(diǎn)是投資成本低，便于控制，適合邊遠(yuǎn)單井供電[1]。二是并網(wǎng)型風(fēng)力供電技術(shù)，即風(fēng)力發(fā)電后并入工業(yè)電網(wǎng)，再由工業(yè)電網(wǎng)給油井供電[2]，其優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)能利用率高，不受設(shè)備容量限制。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到并網(wǎng)型風(fēng)力供電對(duì)風(fēng)電品質(zhì)要求較高，同時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本高，因此選擇以蓄電池存儲(chǔ)為主的離網(wǎng)型風(fēng)力供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)原則：一是風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)盡量高，以得到較大的風(fēng)速；二是各元件應(yīng)適應(yīng)野外低溫等惡劣條件；三是考慮到蓄電池組的充放電效果和使用壽命，除主負(fù)載以外用電設(shè)備應(yīng)采用市電電源供電設(shè)計(jì)；四是逆變控制器采用純正弦波設(shè)計(jì)，以確保負(fù)載和逆變器運(yùn)行的穩(wěn)定性。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池、逆變控制器組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電，由控制器給蓄電池組充電，經(jīng)逆變器逆變輸出。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)井及風(fēng)力供電設(shè)備參數(shù)

選螺桿泵井L3-132，泵型120，電機(jī)YB2-160M-6，額定功率7.5kW，產(chǎn)液7t/d。風(fēng)力發(fā)電機(jī)為永磁三相同步發(fā)電機(jī)，設(shè)計(jì)功率10kW，采取CPU控制自動(dòng)偏航。風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)

逆變器設(shè)計(jì)為15kVA，逆變控制器參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。逆變控制器可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電與市電自動(dòng)切換且風(fēng)電優(yōu)先。蓄電池組設(shè)計(jì)選用了12V/100Ah的免維護(hù)型蓄電池40塊。

表2 逆變控制器參數(shù)設(shè)計(jì)

3.2 性能測(cè)試

3.2.1 測(cè)定持續(xù)供電風(fēng)速

現(xiàn)場(chǎng)跟蹤測(cè)試表明，風(fēng)速為5m/s時(shí)充電功率可達(dá)到4kW，此風(fēng)速以上可連續(xù)充電且蓄電池電壓穩(wěn)定，能夠長(zhǎng)時(shí)間給油井連續(xù)風(fēng)力供電。

3.2.2 風(fēng)力供電連續(xù)監(jiān)測(cè)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝的螺桿泵井電能在線連續(xù)記錄儀，可連續(xù)記錄風(fēng)電與市電的電壓、電流以及功率等參數(shù)，可準(zhǔn)確測(cè)定出風(fēng)力持續(xù)供電電量。

3.2.3 蓄電池組性能試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)蓄電池組滿負(fù)荷后的油井供電續(xù)航時(shí)間進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)。實(shí)測(cè)表明，蓄電池組自530V電壓開(kāi)始給螺桿泵井電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)供電，經(jīng)過(guò)3小時(shí)40分鐘，電壓降至418V，由蓄電池組供電轉(zhuǎn)為變壓器市電供電，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)螺桿泵及電機(jī)無(wú)停轉(zhuǎn)、停機(jī)反應(yīng)，切換迅速，無(wú)停滯。風(fēng)電供電期間，無(wú)明顯電壓波動(dòng)，油井電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)無(wú)異常，輸出電壓始終穩(wěn)定在380V。

實(shí)測(cè)表明，若在額定風(fēng)速下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)能持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，蓄電池組可在邊充邊放的情況下在更長(zhǎng)的時(shí)間里保證油井電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而進(jìn)一步縮短市電供電時(shí)間。

3.2.4 供電質(zhì)量對(duì)螺桿泵運(yùn)行影響試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)油井電機(jī)啟動(dòng)最大電流為8.99A，表明逆變器和蓄電池組沒(méi)有瞬間過(guò)載峰值出現(xiàn)，保證了風(fēng)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 效果評(píng)價(jià)

為確定油井風(fēng)力供電是否具有工業(yè)化推廣價(jià)值，現(xiàn)場(chǎng)從市電、風(fēng)電分線計(jì)量電量與直接監(jiān)測(cè)風(fēng)能（風(fēng)速）兩方面進(jìn)行風(fēng)能有效期的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。

試驗(yàn)監(jiān)測(cè)表明，在風(fēng)力充足的情況下，可實(shí)現(xiàn)無(wú)市電情況下的連續(xù)供電。按風(fēng)力供電結(jié)果顯示，累計(jì)利用風(fēng)力發(fā)電占油井用電的30.21%，其中3～5月、9～11月為風(fēng)能利用高峰期，節(jié)能效果明顯。

5 結(jié)論

（1）油井應(yīng)用風(fēng)能供電有著較為廣泛的應(yīng)用前景，尤其是在供電線路不完善的邊遠(yuǎn)油田和風(fēng)能較為豐富的地區(qū)。

（2）通過(guò)風(fēng)電系統(tǒng)可較好得滿足螺桿泵井啟動(dòng)與運(yùn)行需要。

（3）通過(guò)逆變系統(tǒng)自動(dòng)控制可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電與市電的自動(dòng)切換，不影響油井電機(jī)與井下泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。

[1]張忠．邊遠(yuǎn)油田小容量電源的供電方案[J]．油氣田地面工程，2002，21（3）：79-80．

[2]王子剛，蔡先民．配電電網(wǎng)降耗節(jié)能的措施[J]．油氣田地面工程，2006，25（10）：33．

10.3969/j.issn.1006-6896.2011.11.054

鄭煥軍：高級(jí)工程師，1996年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，中國(guó)科學(xué)院在讀博士，現(xiàn)任大慶油田第六采油廠工程技術(shù)大隊(duì)大隊(duì)長(zhǎng)。

(0459)5837369、zhenghuanjun@petrochina.com.cn

（欄目主持 樊韶華）