井場能耗智能化管理功能探討

徐金蘭

（新疆油田公司數據公司，新疆克拉瑪依 834000）

井場能耗智能化管理功能探討

徐金蘭

（新疆油田公司數據公司，新疆克拉瑪依 834000）

能耗是井場生產的主要成本，由于不能及時完整獲得信息和缺乏綜合分析的手段，因而不能及時有效處置供電設備負載不合理、抽油機停機故障等問題，增加了能耗，降低了油井的有效生產時效。建立井場能耗智能管理系統，實現對井區電、水、汽等能耗系統的實時監測，智能分析判斷低效、故障原因，及時采取措施，對降低油井生產能耗，提高生產時效具有重要的現實意義。

井場能耗；數據采集；實時監控；遠程控制

1 系統基本功能

井場能耗智能管理系統功能主要包括數據采集、數據分析、數據傳輸和遠程自動控制等，有效實現能耗智能供需平衡。

在井場，供配電是基礎供能系統，其電能傳遞的效率、質量直接影響其他系統的運行效果。機采、注水系統則是電能耗用的主要部分，合計約占生產能耗的87%。機采系統中，抽油機采油方式在機械采油油井中占比為90%左右。油田井場能耗智能化管理為油氣生產帶來良好的節能效果，創造了較大的經濟效益。

1.1 數據采集

1.1.1 變壓器電量參數

采用油田用電計量監測管理終端取代現有的計量裝置，對輸出電量、有功功率、無功功率、變壓器負荷率、功率因數及高次諧波等數據進行實時監測。

1.1.2 用電計量監測數據

（1）計量數據：電能量、需量。

（2）統計數據：電壓合格率、負載率、不平衡率、負荷率、日極值、月極值。

（3）測試數據：電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率、相角、功率因數。

（4）狀態數據：失流、失壓、電壓（流）逆相序、電池欠壓、停（上）電。

1.1.3 抽油機參數采集

電機運行狀態、井口油壓、套管壓力、抽汲參數（沖程、沖次、泵徑、下泵深度以及抽油桿尺寸）、啟停控制。

1.1.4 模擬量采集

終端可通過模擬量方式實時采集井口參數。

1.1.5 井場設備狀態參數采集

計量箱門狀態、門禁，變壓器位移等。

圖1 數據采集方式及流程圖

1.2 數據分析

1.2.1 電量參數分析

包括用電量節能分析、變壓器裕度自動分析等。

1.2.2 抽油機分析

示功圖分析、啟停控制、間抽控制。

1.2.3 綜合分析

節能效率評估、節能效果分析、終端在線分析、設備耗損分析、設備臺賬管理、分析成果管理。

圖2 機采能耗分析圖

1.3 數據傳輸

針對井場的各種傳輸條件，系統應支持以下通訊方式：

PLC低壓電力線載波智能自組網（可減少現場施工量、節省材料，便于維護）。

無線傳輸：GPRS/CDMA無線公網2.4/5.8G、Mcwill、WiFi、Zigbee、433M、230M。

有線傳輸：光纖、專線、ADSL。

1.4 自動控制

1.4.1 告警功能

對終端的停電、上電及其他相關告警信息實現實時上報，對失壓、失流、功率超負荷等各種參數越限報警等。

1.4.2 抽油機監控管理功能

通過電力線載波的方式與抽油機控制終端通訊，實現對同一變壓器下的抽油機終端的統一管理和電機遠程啟停控制。

1.4.3 電力設備控制功能

對電力線路及變壓器進行遠程拉（合）閘控制、抽油機遠程啟停控制。

1.4.4 防竊電及變壓器防盜功能

終端具有防竊電及變壓器防盜功能。

1.4.5 遠程升級功能

終端通過GPRS、CMDA等通信網絡對終端軟件實現遠程在線升級。

1.5 系統物聯網拓撲圖

物聯網是指：通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網包括應用層、網絡層和感知層3個層面，全面感知、可靠傳遞、智能處理是物聯網的三大重要特征。

井場能耗智能管理系統利用物聯網技術，通過對井場的油氣水井、計量間、轉油站、處理站等各類生產對象能耗進行全面感知，實現井場能耗數據自動采集和控制、井場能耗監控和管理。

圖3 抽油機監控管理圖

1.5.1 感知層：數據采集子系統

該子系統通過傳感器、射頻識別等設備實現從井口開始到外輸流程結束的全部生產相關設備、介質（感知對象）的實時數據采集、存儲、處理。井場能耗數據采集對象主要包括井、計量注配間、站庫三大類。其中井分為油井和注入井，油井根據現有工藝方式不同，分為抽油井、自噴井、電潛泵井、螺桿泵井，注入井分為注水井和注聚井。

1.5.2 處理層：控制子系統

處理感知層獲取的數據，通過遠程控制、聯鎖自動控制等設備，實現對生產過程的自動控制和無人值守。例如抽油機遠程啟停，通過遠程控制電量模塊，實現抽油機的定時啟停和遠程啟停。同時還有電泵井遠程控制、注水自動調節控制等。

1.5.3 傳輸層：數據傳輸子系統（網絡層）

該子系統主要將井、間、站采集的數據采用無線和有線技術傳輸到監控中心數據庫。采用有線和無線異構網絡組網。根據現場環境不同，因單井數量通常較大，采用有線傳輸投資成本較大，采用不同無線傳輸技術如無線專網McWill、WiFi、無線網橋、數傳電臺、3G/GPRS、衛星等網絡。為保障數據傳輸安全，主要采取隔離網閘、無線通信協議信道加密、防火墻、數據庫安全防護網關等安全防護措施。

1.5.4 應用層：現場管理與監控子系統

井場能耗現場監控主要由電子巡檢管理、油井遠程啟停、油氣生產自動計量、視頻實時監控、異常報警、設備管理監控等系統功能模塊組成，滿足井、站、作業區及采油廠各層級對生產過程監控管理的需要。

圖4 油區電網節能管理系統拓撲圖

1.6 系統結構

基于物聯網和互聯網技術，井場能耗智能管理系統由現場智能傳感器、遠程終端、通訊網絡到信息管理平臺的“M2M”工業物聯網組成整體結構。

圖5 油區電網節能管理系統結構圖

2 系統應用功能

運用井場能耗智能管理系統的數據采集、數據分析、數據傳輸和遠程自動控制等功能，可進一步實現對井場、井區、采油作業區能耗的綜合分析、自動控制和管理。

2.1 通過電網參數分析調整優化變壓器負載

油區電量計費包含變壓器容量基本電量費用和有功電量費用兩部分，并對超額的無功電量按比例進行罰款。變壓器負載率過低會多支付變壓器容量基本電量費用，變壓器超載會支付無功電量的罰款。油區變壓器通常依據地面建設設計用電負荷選型并安裝，實際生產中抽油機的數量、單機功率都在不斷發生變動，不能及時準確掌握變壓器用電負荷，則會超額支付基本電量費用或無功電量罰款。通過系統實時監測和分析，可根據油田變壓器負載率的變化及時優化油區變壓器的結構，有效避免超額支付基本電量費用或無功電量罰款。

2.2 通過設備監控提高功率因數

油區通常在變壓器或井口配電箱安裝無功補償設備，由于缺乏實時監控，對設備損壞失效缺乏有效管理，通過功率因數的采集分析可以及時掌握失效或損壞情況，保證功率因數達到0.8以上，達到有效節能目的。

2.3 通過系統綜合分析功能提高節能管理水平

油區通常安裝多個不同功用的節能設備，如變頻器、節能型抽油機等，但沒有有效地整合信息，缺乏綜合分析的手段。通過系統，可實時監控各種設備的運行情況，整合信息，綜合分析每一臺節能設備使用前后的節能效果，提高油田節能管理水平。

2.4 精細分配和計量能耗，提高能效管理水平

除了技術因素外，不能有效獲取分壓、分線、分區，能耗信息，也是影響能耗管理的重要因素之一。通過系統，可對油田作業區供電網所有35kV（110kV）變6kV（10kV）進線節點、6kV變 400V出線變壓器節點實施在線計量與監測，可將用電指標分解到各作業區，有效發現進入供電網的電能消耗與損耗分布規律，通過精細的計量手段進行考核，實現節約電能的目的，提高油區能效管理水平。

2.5 建立能耗分析模型，實現能耗考核管理

通過實時采集油田生產每日、每月和設定時段的水、電、氣使用情況，可實時掌握產量與能耗的配比。通過能效管理分析，建立能耗與產量的配比模型、預測模型，結合油氣生產物聯網系統，實現油氣生產用水、用電、用汽的消耗與損耗考核管理，為油氣生產的單位產量能耗控制提供手段。

2.6 設備安全與臺賬管理

通過系統對井場設備的實時監控，實現油區設備的安全監控和臺賬管理，提高油區設備管理水平。

3 結束語

油井自動計量、自動采集數據和遠程控制技術在油田已經得到廣泛應用，將這些技術應用于井場能耗管理系統并實現綜合分析和應用，不僅涉及電力、供水、注水、供汽、注汽等能耗系統本身，還受到井口其他生產要素的影響。因此，井場能耗智能管理系統建設是智能油田系統的一個組成部分，需要在智能油田的整體框架下統一設計，統一標準，統一實施。

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10.3969/j.issn.1673-0194.2015.01.057

F270.7；TP315

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2014-11-17