直流母線采油井群控節能技術應用探討

姜兆輝（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

隨著開發時間延長，低效井增多，導致舉升系統無用功較高，機采能耗剛性增長，占總能耗的47.0%以上，平均單井日耗電156 kWh，能耗高；同時，產能油井投產應用“一井一變”，變壓器投資高。因此，在產能區塊24口油井開展直流母線采油井群控節能技術現場試驗，降低舉升系統能耗，降低變壓器投資。

1 技術原理

直流母線的群控模式是將同一平臺或相鄰多個平臺的油井共用一臺變壓器和一臺回饋整流裝置，將電壓380 V三相交流電轉變成540 V兩相直流電，直流電通過直流母線傳輸到單井，每臺抽油機配備直流電轉交流電逆變控制裝置，實現了直流母線電流輸送、饋能利用、減容、油井變頻調速的群控管理[1-3]。

直流母線采油井群控系統原理[4]見圖1，是在多臺抽油機電動機交流運行過程中，采用1臺回饋整流裝置為各電動機提供共用直流電源。電動機通過逆變終端直接掛接在直流母線上。當電動機工作時，逆變終端從直流母線上吸收電能；當電動機倒發電時，倒發電立即饋入母線為其他逆變終端共享[5]，達到節能目的。

圖1 直流母線群控系統原理Fig.1 Schematic diagram of DC bus group control system

直流母線采油井群控節能技術具有以下優勢：

一是采用同一回饋整流裝置的直流母線為多臺逆變控制裝置供電的群控方式，可減少變壓器數量[6]。

二是采用公共直流母線上各逆變控制終端之間的饋能利用，使電動機的倒發電饋能循環利用，提高了節能效率，避免能量倒灌沖擊[7]。

三是實現抽油機動態跟蹤調壓節能控制方法與保護功能的有機結合，降低維護成本。

四是直流電源采用540 V電壓供電提高了電網系統安全性，杜絕了盜電現象的發生，節省生產成本[8]。

2 現場應用情況

2.1 區塊概況

試驗區塊2021年基建完成37口井，布井設計井排方向采用424×212 m（即300×300 m正方形井網旋轉45°）的菱形井網開發。其中油井27口，水井10口，區塊平臺劃分情況見表1，5個平臺布井（1#平臺6口井、2#平臺5口井、3#平臺10口井、4#平臺7口井、5#平臺6口井），3口代用井為單井。

2.2 現場應用

該區塊共有27口油井，分5個平臺布井、3口單井。3口單井不適用直流母線采油井群控節能技術，因此在5個平臺24口油井開展直流母線采油井群控節能技術試驗見表1。

表1 直流母線采油井群控節能技術應用情況Tab.1 Application of group control energy saving technology for DC bus oil production wells

通過應用直流母線采油井群控節能技術，減小了變壓器數量及功率容量，使變壓器在最佳狀態運行，變壓器由8臺減少到4臺，變壓器功率容量由640 kVA降到340 kVA。

2.3 效益分析

直流母線采油井群控節能技術配置方案見圖2，具體投資構成如下：回饋整流裝置4套（5個平臺，1#、2#、5#平臺各配一套回饋整流裝置，3#、4#平臺共配一套回饋整流裝置），每套24.34萬元，每套硬件包括整流裝置、分線箱、逆變調控箱等，4套共計97.36萬元；逆變控制裝置24套，每套2.43萬元，共計58.32萬元。

圖2 直流母線采油井群控節能技術配置方案Fig.2 Configuration scheme of DC bus oil well group control energy saving technology

變壓器投資：變壓器由8臺減少到4臺，節省變壓器投資17.11萬元，變壓器投資對比情況見表2。

表2 變壓器投資對比情況Tab.2 Comparison of transformer investment

配電投資：24口井直流母線采油井群控節能系統投資155.68萬元，常規設計多功能調速裝置投資95.60萬元，投資增加60.08萬元。

節電效益：通過對試驗區塊2#平臺3口八型抽油機油井采用電表測試，單井日耗電124.3 kWh；未采用直流母線群控技術3口八型抽油機井，單井日耗電156.0 kWh。通過對比，采用直流母線群控技術八型抽油機單井日節電31.7 kWh，節電率20.32%。該區塊24口井年節電27.22×104kWh，節省電費17.15萬元。

通過試驗直流母線采油井群控節能技術，投資增加60.08萬元，節省變壓器投資17.11萬元，預計年可節省電費17.15萬元，投資回收期2.5年。運行10年，可創效128.53萬元。

3 結論

1）通過應用直流母線采油井群控節能技術，減小了變壓器數量及功率容量，使變壓器在最佳狀態運行，變壓器由8臺減少到4臺，變壓器功率容量由640 kVA降到340 kVA。

2）直流母線采油井群控節能技術節能效果顯著，節電率達到20.32%。

3）采用公共直流母線上各逆變控制終端之間的饋能利用，使電動機的倒發電饋能得以循環利用，提高了節能效率，避免能量倒灌沖擊[9]。

4）直流電源采用540 V電壓供電提高了電網系統安全性，杜絕了盜電現象的發生，節省生產成本[10]。