淺談油田企業節電新技術的研究與應用

樊慶海

(中國石化河南油田分公司采油二廠, 河南唐河 473400)

古城油田位于河南泌陽凹陷北部斜坡帶西部，大部分油井屬于稠油區塊，原油含蠟高、凝固點高，需通過使用電磁加熱器加熱才能順利外輸，造成耗電成本高。

習近平總書記在黨的二十大報告中強調：“必須牢固樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，站在人與自然和諧共生的高度謀劃發展。”學習貫徹黨的二十大精神，扎實推動綠色發展，促進人與自然和諧共生，共同建設美麗中國。

如何開展節電措施降低能耗，打造綠色低碳企業，實現企業良性可持續發展，古城油田積極宣傳節能降碳和綠色發展理念、普及節能減碳知識、提升全員節能意識，培養勤儉節約、綠色低碳的生活方式、消費模式和生活習慣；積極推廣節能降碳先進適用技術和產品，“綠色低碳，節能先行”、建設“清潔高效低碳循環”是綠色企業的需要。

本文重點探討如何通過使用節能新技術、新產品達到節電的目的。

1.高耗電設備使用現狀

（1）因油井含蠟高、凝固點高，外圍區塊32口油井需使用電加熱+雙空心桿熱水循環工藝，解決油井結蠟、生產回壓高的問題，需使用管道加熱器解決原油外輸的問題，對17口進高架罐生產的油井需使用電加熱棒加熱用罐車回收原油，造成用電成本高。

（2）電機運轉不能根據油井生產狀況實現自動調整，造成油井電力損耗加大。

（3）企業內電氣設備老舊損耗加大，造成電力損耗加大。

（4）隨著企業改制企業人員的減少，間開油井執行峰谷電價的難度加大不易落實。

（5）調參、調平衡開展不及時，機采效率提升難度大。

（6）生產生活中關閉電腦、空調不及時造成電力浪費。

2.節約用電創建綠色企業的具體措施

2.1 使用太陽能、套管氣等多能互補方式替代電磁加熱器加熱方案

現階段油井采用的雙空心桿熱水循環系統由電磁加熱器、離心泵、中頻控制柜、儲水罐等組成，目前加熱循環系統日用電375度（其中：電磁加熱器用電量310kW·h/d，循環泵65kW·h/d）。

2.1.1 存在的問題

（1）加熱能耗較高，且全時段加熱。古城油田單井加熱共32口，其中雙空心桿13口，井口加熱器12口，高架罐7口，未實現加熱閉環控制，全時段加熱，沒有發揮出峰谷電價政策降本優勢。

（2）工藝參數需優化: 采出液加熱參數的確定未考慮節能性和經濟性，特別是冬季，加熱參數設置較高，且井口保溫措施差。

（3）套管氣、太陽能等清潔能源沒有優化利用，2021年4月對畢店區塊套管氣情況進行了一次摸底，其中部分油井套管氣達0.2MPa，具備一定潛力，目前全部放空生產，另有一套太陽能裝置因站內生產原因長期停用。

2.1.2 方案目的和優化原則

（1）節能減碳：充分利用太陽能、套管氣等清潔能源，替代一部分電加熱用能；同時探索和優化偏遠單井分段加熱工藝，以解決高凝油井雙空心桿防蠟和地面降回壓能耗大的問題。

（2）減費：充分利用峰平谷電價差異化政策，發揮電價低的谷段加熱蓄熱功能，降低單井加熱電費。

2.1.3 工藝優化的基本原則

（1）多能互補原則：按照太陽能、套管氣和電能等現有資源優先利用次序，優先利用太陽能和套管氣，不足部分由谷電補充。

（2）投資節約和分階段實施原則：利用井場閑置的儲罐、太陽能裝置、循環泵、分離器、管線和閥門等，利用以太陽能、套管氣和電能互補的加熱裝置，保留信息化通信接口，實現無人值守。

（3）安全平穩原則：在保證用電、用氣安全的基礎上，儲能裝置能夠保證嚴寒冬季無太陽能、套管氣補充情況下，仍能利用谷電平電保證油井安全平穩生產。

2.1.4 方案內容

本方案利用閑置集油器為蓄熱緩沖罐、以軟化水為蓄熱介質，按照套管氣、太陽能和谷價電能優先利用次序，實現現有加熱資源的儲存與互補利用；并通過當前雙空心桿生產工藝，以采出液出口溫度為控制目標，對循環水泵進行閉環控制，實現生產參數的最優化，達到節能降本目標。

（1）用熱平衡校核計算。以循環水回水溫度為控制目標，增加變頻器控制循環泵流量來實現空心桿加熱的精準控制。采用時鐘控制進行谷電加熱，兼顧到太陽能、燃氣補熱共用一個蓄能器，加熱溫度目標溫度預定75℃，水容積13m3。

（2）基本工藝流程。結合當前運行情況，簡化流程，利用舊有40m3集油器作為蓄能器，以軟化水為介質；改造雙空心桿循環流程，再分別安裝太陽能補熱器、套管氣燃燒器等。

2.1.5 實施效果

（1）通過流程改造實施后效果良好，后期又對臨近3口井流程改成，通過一套多能互補系統同時帶動4口井，解決油井結蠟、生產回壓高的問題，日可節電0.12萬度，達到了節電降碳目的。

（2）經濟效益。實施后，可根據氣象條件、套管氣資源情況，實現全年4種模式運行，即：

純谷電、谷電+太陽能、谷電+套管氣、谷電+太陽能+套管氣：可節電36萬度/a，節費27.72萬元/a。

（3）節能與減碳

純谷電：降碳17.8t/a；谷電+太陽能：降碳97.6t/a；谷電+套管氣：降碳104.8t/a ；谷電+太陽能+套管氣：降碳183.2t/a。

2.2 采用抽油機變頻控制柜滿足低產、低能井穩定、高效生產

油田部分低產、低能井的連續生產造成電力的無用消耗，古城油田積極引進采用機采工藝與自控技術高度融合的抽油機變頻控制柜解決此問題。

抽油機變頻控制柜基于常規三相交流異步電動機的變頻控制技術，主要是在數據處理中心( DSP ）內建立完整的數學模型，以實時計算懸點位置，綜合外部開關量輸入的光桿每個沖次的基準信號，通過軟件自動計算出光桿運行的上下止點，并作為變速運行的依據。該技術實現了對電動機的速度、位置、電流、扭矩、電壓等電參數獨立的閉環控制，可根據油井生產需要，控制電機的運轉姿態，實現抽油機運行過程中全程變速運行：將每個沖次的運行分為10個時間段，可分別設置驢頭上行速度、減速時間、上止點超低速運行時間、下行加速時間、速度、減速時間、下止點超低速運行時間等參數。

通過預設參數，有效地控制光桿在上下止點附近平穩的加、減速及低速運行，上下行過程中高速運行的狀態，從而達到減少沖程損失提高泵效、減小抽油桿沖擊載荷、減少抽油桿的偏磨、降低管桿故障、延長檢泵周期的目的。滿足油田低產、低能井超低沖次連續、穩定、高效生產的需要。

實施后可節電44%，古城油田對22口低產、低能井采用此技術，年可節電31.68萬度，節費24.39萬元。

2.3 采用抽油機智能驅動節能穩產控制柜減少空抽造成能源空耗

對于低產低效井，能耗高和系統效率低的根本原因是供采不協調，即采抽速度大于供液能力，導致泵效持續下降，造成能源浪費大，甚至空抽造成能源空耗。

提升泵效是實現供采協調、降低能耗、提高系統效率最直接、最有效的方法和手段。提升泵效并把泵效持續穩定在合理區間，才能實現能耗最小化、產液量最大化、系統效率最優化。古城油田積極引進抽油機智能驅動節能穩產控制柜解決此問題。

抽油機智能驅動節能穩產控制柜特點原理：實現油田機采系統“供采協調、提升泵效和系統效率”的目標，無傳感器本地閉環控制方式，利用“本地”：采集-分析-計算，適時調整運轉動作，實現油井生產參數的最優化控制，無需依托互聯網、也無需依托數字化平臺，能夠對所有環境下的抽油機進行智能化控制，“知快知慢、能快能慢；知轉知停、能轉能停”，直接采集電參數據、即時探知地層變化，適時調整運轉姿態，精準控制電機快慢——實現恒定泵效合理區間的技術目標，以沉沒度在合理位置下合理泵效的轉矩特征作為控制依據，控制系統鎖定該轉矩特征的電參基準值，運行過程中通過自動調速糾正偏離該轉矩特征的工作狀態，實現恒定當前合理沉沒度的最佳泵效狀態的控制目標。

通過30口井使用效果，年可節電42萬度，節費33.73萬元，降低碳排放43.17tCO2，節約標準煤53.1噸。

2.4 采取其他技術節約用電的方式

（1）開展油井生產方式調整，推行峰谷錯峰用電降低電費，根據油井狀況實施間開措施，將間開井生產時間優先調整至0點至8點低谷時段開抽。

（2）實施油井線路無功補償示范工程，對部分油井安裝無功補償柜，減少無功功率損失。

（3）推廣應用抽油機高效電機、永磁電機和星三角智能轉換等節能技術，2022年對67口老舊電機更換為節能電機。

（4）提高抽油機井機采系統效率，根據油井狀況變化及時調參、調平衡，對熱采高產井安裝變頻柜遠程調參，使油井始終處于合理的生產狀況，實現節電目的。

（5）對生活、辦公樓配電室安裝自動斷送電設備，即每天下午下班后18:30自動斷電、一分鐘后自動送電，避免了員工匆忙下班后忘關電腦和空調造成的電力浪費。

（6）對生活礦區、計量站安裝太陽能路燈替代傳統的高耗能路燈，對辦公室、宿舍安裝LED節能燈替代老舊的日光燈。

3.結論

通過使用節能新技術、新產品的推廣使用和“綠色低碳”強化節電措施活動的開展，2022年同比節約電量168萬度，節費129.36萬元，達到了節能降耗的目標，為創建綠色企業打下了良好的基礎。

下一步將對有條件的油井繼續推進使用節能新技術，特別是利用太陽能、套管氣、谷電的多能互補方式，以“奉獻清潔能源，踐行綠色發展”為理念，全面建成“清潔、高效、低碳、循環”的綠色企業為目標，為油田企業推進全面可持續發展奠定綠色基礎，實現“綠水青山就是金山銀山”的中國夢。