抽油機一體化控制系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)應(yīng)用與分析評價

張鵬 耿永峰 張向軍 李京梅（吐哈油田公司技術(shù)監(jiān)測中心節(jié)能監(jiān)測站）

抽油機一體化控制系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)應(yīng)用與分析評價

張鵬 耿永峰 張向軍 李京梅（吐哈油田公司技術(shù)監(jiān)測中心節(jié)能監(jiān)測站）

針對吐哈油田公司隨著油田的開發(fā)，抽油機用電負(fù)荷在逐年提升，每年大約以20%的速度遞增，能耗與生產(chǎn)的矛盾日顯突出。面對產(chǎn)液量日趨遞減，在用抽油機配套電動機均按最大功率配備，造成抽油機在輕載或空載時能源浪費的現(xiàn)狀，文中介紹了在溫米采油廠選取93口低產(chǎn)液油井實施一體化控制系統(tǒng)示范區(qū)建設(shè)，實現(xiàn)對單井油、套壓、載荷、沖速、用電量以及抽油機的運行狀況的實時檢測、記錄和遠(yuǎn)傳監(jiān)控，最終形成單井系統(tǒng)效率分析報表，達(dá)到優(yōu)化控制抽油機運行目的。通過測試效果評價，具有很好節(jié)能效果和應(yīng)用前景。

抽油機 監(jiān)控系統(tǒng) 改造 評價

1 概述

吐哈油田公司自1991年開始建設(shè)到1995年進入開發(fā)階段，相繼建成了溫米、鄯善、魯克沁、吐魯番和三塘湖等油田，統(tǒng)計時間截止2011年10月共有抽油機井1815口，在運行1196口，2010年抽油機井年耗電量為10745.65×104kWh，占生產(chǎn)總用電量（26077.09×104kWh）的41.2%。溫米采油廠所屬的溫吉桑、米登、溫西一、溫西三、紅胡、溫西十等采油區(qū)塊，目前有油井370口，現(xiàn)運行開井的有226口，其中抽油機井193口，潛油電泵井7口，自噴井26口。抽油井年平均耗電量1445.26× 104kWh。隨著油田的開發(fā)，用電負(fù)荷在逐年提升，能耗與生產(chǎn)的矛盾日顯突出。吐哈油田公司對在用設(shè)備運行狀況進行了認(rèn)真分析和研究，決定在溫米采油廠選取96口低產(chǎn)液油井實施一體化控制系統(tǒng)示范區(qū)建設(shè)，采取對低產(chǎn)液單井加裝一體化控制柜，實現(xiàn)對單井油、套壓、載荷、沖速、用電量以及抽油機的運行狀況的實時檢測、記錄和遠(yuǎn)傳，最終形成單井系統(tǒng)效率分析報表。該項目的實施，既降低了員工勞動強度，同時達(dá)到優(yōu)化控制抽油機運行目的。

2 系統(tǒng)工作原理及功能介紹

該系統(tǒng)建設(shè)主要包括：一是推廣應(yīng)用抽油機一體化變頻控制技術(shù)與遠(yuǎn)程終端監(jiān)控，為抽油井能效監(jiān)測與地面參數(shù)動態(tài)調(diào)整提供條件。二是采用GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為它們的傳輸紐帶，建立抽油井能耗與效率實時監(jiān)測分析與系統(tǒng)優(yōu)化體系。

2.1 抽油機變頻一體化控制技術(shù)

變頻調(diào)速技術(shù)的實施可實現(xiàn)以下功能：

1）變頻器軟起動功能：起動時電流小，對電網(wǎng)沖擊小，起動時能耗降低。減小對電動機、減速箱、抽油機等機械的沖擊，延長相關(guān)設(shè)備的使用壽命。軟起動和降沖速可延長抽油機壽命及油井免修期20%以上。

2）變頻器控制上下行程速度功能：實現(xiàn)設(shè)備上、下行程自動識別，從而改變抽油機上、下行程的運行速度。另外抽油機沖速在1~6范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，可使抽油機的抽汲參數(shù)對不同油井而言有不同設(shè)計。適當(dāng)調(diào)節(jié)，能提高泵的充滿系數(shù)，減少泵的漏失，從而提高泵效達(dá)到增產(chǎn)目的。沖速的任意調(diào)節(jié)，還可不停機調(diào)節(jié)產(chǎn)量，解決了因更換皮帶輪調(diào)速造成的停產(chǎn)，從而提高了生產(chǎn)效率。

3）分段轉(zhuǎn)速控制功能：通過變頻器對抽油機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，根據(jù)抽油機的特殊工況，把轉(zhuǎn)速控制細(xì)化為上沖程轉(zhuǎn)速和下沖程轉(zhuǎn)速分段控制，可實現(xiàn)上沖程時電動機工作在50Hz，下沖程電動機工作在20～30Hz，達(dá)到快提慢放功能，從而降低漏失，提高泵效。

4）高效制動功能：變頻器實現(xiàn)制動控制方式，能自動跟蹤電動機的負(fù)載調(diào)整電壓及頻率，將抽油機發(fā)電狀態(tài)時產(chǎn)生的能量用電阻就地消耗。可減少電動機發(fā)熱，消除電能反送，這相當(dāng)于綜合了變電壓節(jié)能和超越離合器節(jié)能。

2.2 單井系統(tǒng)效率實時監(jiān)測與優(yōu)化技術(shù)

新增WellView機采井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以及EffStar系統(tǒng)效率軟件分析技術(shù)平臺，可實現(xiàn)以下系統(tǒng)功能：

1）數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能（GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送模塊DTU）：能夠?qū)Τ橛蜋C載荷（最大與最小值）、電流(Ia、Ib、Ic)（最大與最小值）、電壓(Ua、Ub、Uc)有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、上下沖程最大電流值、上下沖程功率、平衡率、油套壓、日用電量、累計電量、沖速、系統(tǒng)狀態(tài)、采集時間等數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程上傳。

2）WellView監(jiān)控功能：系統(tǒng)具有示功圖、電流圖、電流、電壓等參數(shù)的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)查詢功能，根據(jù)長時間的參數(shù)變化情況，方便快速分析。現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過GPRS系統(tǒng)上傳到采油廠中心控制室操作站，實現(xiàn)實時抽油井遙測數(shù)據(jù)的顯示，顯示抽油井的線電壓、三相電流、電動機負(fù)荷等；顯示抽油井的實時工況，使用動畫顯示、圖標(biāo)、文字來直觀描述當(dāng)前設(shè)備的狀況，如啟停、掛牌維修、停止使用等狀態(tài)顯示圖、棒圖、曲線等專業(yè)功能的提供，同時可提供與建立專家?guī)爝M行比較、存儲、調(diào)入打印等功能。

3）EffStar系統(tǒng)效率實時監(jiān)測分析與優(yōu)化功能：結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)當(dāng)前示功圖動態(tài)調(diào)整抽油機的沖速，讓抽油機保持在最優(yōu)生產(chǎn)參數(shù)下運行，對油井系統(tǒng)效率進行實時分析與計算，同時提供完整的抽油井系統(tǒng)效率生產(chǎn)統(tǒng)計報表。

4）以網(wǎng)頁形式發(fā)布計算結(jié)果，同時也可以完成各種歷史數(shù)據(jù)、曲線的查詢。

圖1 抽油機一體化控制裝置

抽油機一體化裝置見圖1，單井在線載荷傳感器見圖2，抽油機平衡監(jiān)控器見圖3，GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送模塊DTU見圖4。

圖2 單井在線載荷傳感器

圖3 抽油機平衡監(jiān)控器

圖4 GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送模塊DTU

3 實施效果分析

3.1 系統(tǒng)優(yōu)化實施效果分析

該系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試正常后于10月12日進行了測試，計劃安裝96口，實際施工安裝93口，由于各種因素影響，監(jiān)測站抽測了其中的48口進行分析評價，抽測率51.6%。48口井的系統(tǒng)效率及綜合節(jié)電率進行分析評價見表1。

表1 48口抽油機井平均節(jié)電效果計算表

3.2 單井實時數(shù)據(jù)監(jiān)控與系統(tǒng)軟件應(yīng)用效果分析

按照實施方案，93套遠(yuǎn)程監(jiān)控與一體化控制柜已安裝調(diào)試完畢，各項參數(shù)的實時監(jiān)控、系統(tǒng)分析以及WEB發(fā)布軟件運行正常，達(dá)到了預(yù)期目的。

1）實時監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了七大功能，即抽油井實時運行監(jiān)控、電參量與示功圖、抽油井平衡狀況、示功圖疊加對比、任意時間段單井用電量查詢、系統(tǒng)效率分析、單井異常報警信息，目前運行狀況性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，為實時優(yōu)化工況，開展能效對標(biāo)提供了保障。

2）實時監(jiān)測與人工測試數(shù)據(jù)對比分析表明，該系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)符合現(xiàn)場實際，對于間開井、產(chǎn)狀變化井，實時監(jiān)測取得數(shù)據(jù)在優(yōu)化工況方面更具指導(dǎo)意義。

3）經(jīng)驗證油井井況及沖速變化不大時，上傳電參數(shù)與現(xiàn)場實際測試數(shù)據(jù)基本一致。除H102井沖速變化較大無可比性外，WX1-303井最大偏差1.39，WQ8井最小偏差0.1，達(dá)到預(yù)期目的。

4 經(jīng)濟效益分析

4.1 一體化控制調(diào)參年節(jié)約電量

年節(jié)電量180.34×104kWh；電費按0.72元/ kWh計算，年節(jié)約電費129.85萬元。

4.2 檢泵及人員勞動力節(jié)約折合費用

根據(jù)溫米采油廠每年平均地下檢泵約80臺次，全廠263口抽油機中共安裝抽油機一體化變頻控制柜93臺，變頻運行平均在30~40Hz之間，這樣計算，平均檢泵周期延長1/4,每年平均減少檢泵次數(shù)20臺次，按照往年平均每臺次檢泵人工、材料費用共6萬元計，每年減少檢泵費用120萬元。

4.3 投入產(chǎn)出比

購置費388萬元（用合同價）+安裝調(diào)試費（包括安裝材料、電纜等）75萬元+評價費25萬元=488萬元，即：488/（129.85+120）=1.95，投資回收期為1.95年。

5 結(jié)論及認(rèn)識

1）通過此次節(jié)能改造，使機采系統(tǒng)的系統(tǒng)效率由原來的平均15.52%提高到19.76%，提高了4.24個百分點，綜合節(jié)電率25.55%，取得顯著節(jié)能效果。

2）機采系統(tǒng)是一個動態(tài)過程，需要不斷優(yōu)化調(diào)試，因此該措施能有效降低操作人員勞動強度，便于調(diào)參；同時強化現(xiàn)場操作管理與日常維護，保障節(jié)能設(shè)備能正常發(fā)揮應(yīng)有作用。

3）經(jīng)測試分析與評價該項目實施具有系統(tǒng)穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，可在其它單位尤其是偏遠(yuǎn)、低產(chǎn)液油井區(qū)塊實施推廣應(yīng)用該項技術(shù)，提升企業(yè)管理水平。

4）通過該系統(tǒng)的投入運行便于及時發(fā)現(xiàn)問題，有利于科學(xué)決策。可以及時發(fā)現(xiàn)并及時處理抽油機在運行過程中出現(xiàn)的異常情況，減少意外停機頻次。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控快速監(jiān)測和錄取運行參數(shù)，進行科學(xué)分析與判定，提高功效。

5）節(jié)能作為油田的一項系統(tǒng)工程，貫穿了油田開發(fā)全過程，建議加強節(jié)能管理，增加節(jié)能投資，尤其在產(chǎn)能建設(shè)中優(yōu)先考慮節(jié)能設(shè)備配套，避免開發(fā)過程中的二次投入。

6）多年來，我們一直希望建立一套完整的節(jié)能管理系統(tǒng)，從管理上抓好節(jié)能，從技術(shù)上實現(xiàn)節(jié)能。通過近幾年努力，溫米采油廠綜合能耗呈整體下降趨勢，主要得益于在節(jié)能工作的技術(shù)投入和精細(xì)化管理工作的推進；同時也使員工的思想觀念發(fā)生重大變化，節(jié)能意識普遍提高。但我們也清楚地認(rèn)識到由于油田產(chǎn)能的下降，設(shè)備老化，主要能耗設(shè)備的單耗呈上升趨勢，我們將按照已取得的經(jīng)驗，從技術(shù)和日常管理兩方面入手，進一步提高節(jié)能管理水平，深入開展能效對標(biāo)研究工作，建立能效對標(biāo)評價與考核體系，為油氣生產(chǎn)和降本增效提供強有力的保障。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.09.011

2012-07-18）

張鵬，2008年畢業(yè)于重慶科技學(xué)院電氣工程與自動化專業(yè)，從事節(jié)能監(jiān)測與評價工作，E-mail：pm398740692@qq. com，地址：新疆鄯善火車站鎮(zhèn)吐哈油田公司技術(shù)監(jiān)測中心節(jié)能監(jiān)測站，838202。