機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)效果評價

趙凱峰 袁輝 何文江 霍征光 陳作明 李毅男 梁可

（長慶油田分公司第二采油廠）

長慶油田屬于超低滲油田，單井產(chǎn)量低，只能通過控制機(jī)采能耗來降低采油成本。在油田開發(fā)過程中，電能是最主要的能耗，因此試驗(yàn)推廣新型節(jié)能技術(shù)成為降低單井能耗的關(guān)鍵因素。

1 節(jié)能改造區(qū)機(jī)采現(xiàn)狀

通過分析目前節(jié)能改造區(qū)機(jī)采現(xiàn)狀存在的問題，在董志和白馬南區(qū)塊進(jìn)行機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)現(xiàn)場改造試驗(yàn)，評價改造效果。提出機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)改造的合理化建議，為我廠節(jié)能改造提供技術(shù)支撐。

節(jié)能改造區(qū)屬于超低滲油藏，受地層物性差影響，“低液量、低泵效、低效率、高能耗”特征明顯。從生產(chǎn)參數(shù)上看，提效空間有限，僅能通過節(jié)能改造進(jìn)行提效降耗治理，節(jié)能改造區(qū)改造前生產(chǎn)情況及機(jī)采效率指標(biāo)情況見表1。

2 機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)

2.1 技術(shù)簡介及原理

機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)主要是根據(jù)油井的實(shí)際供液能力，可動態(tài)調(diào)整抽油機(jī)的沖次，在不降低產(chǎn)量的前提下，使抽油機(jī)保持在最優(yōu)生產(chǎn)參數(shù)下運(yùn)行，并且實(shí)現(xiàn)了實(shí)時電參錄取，跟蹤評價油井系統(tǒng)效率。

機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)基于三項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)：功圖與電參的自動化測試技術(shù)、LEGS 方法與人工智能技術(shù)及四象限變頻驅(qū)動技術(shù)，通過對示功圖與電參曲線的高速高精度測試，應(yīng)用LEGS 方法與人工智能識別有效沖程、計(jì)算單井產(chǎn)量、分析電動機(jī)在一個沖程周期內(nèi)的負(fù)載模式，優(yōu)選最佳的沖次和驅(qū)動參數(shù)，通過驅(qū)動能力強(qiáng)、綠色環(huán)保的四象限變頻器來執(zhí)行[1-3]。

表1 節(jié)能改造區(qū)改造前生產(chǎn)情況及機(jī)采效率指標(biāo)情況

2.2 技術(shù)優(yōu)勢

機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)具有四大技術(shù)優(yōu)勢，包括：RTU 測試數(shù)據(jù)快、系統(tǒng)分析參數(shù)全、功率因數(shù)高、諧波干擾少及節(jié)能效果好。

2.2.1 RTU 測試數(shù)據(jù)快

控制柜配套的RTU 測試速度快，每秒達(dá)25 組電參及示功圖數(shù)據(jù)，除能滿足油田數(shù)字化一個沖程200 個數(shù)據(jù)的要求外，電能數(shù)據(jù)能用于機(jī)采井設(shè)備狀態(tài)輔助診斷、提高機(jī)采井設(shè)備管理水平。

2.2.2 系統(tǒng)分析參數(shù)全

通過對電參、示功圖、油井溫度壓力數(shù)據(jù)的監(jiān)測，通過LEGS 方法可計(jì)算有效沖程和單井產(chǎn)量，再結(jié)合機(jī)理模型和小波分析方法，可全面監(jiān)測和分析機(jī)采井的參數(shù)與狀態(tài)。

2.2.3 功率因數(shù)高、諧波干擾少

一是采用四象限變頻技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動，可以將電動機(jī)產(chǎn)生的能量回饋到電網(wǎng)，驅(qū)動能力強(qiáng)且可實(shí)現(xiàn)電能的徹底利用；二是可以調(diào)整輸入電網(wǎng)的功率因數(shù)，消除對電網(wǎng)的諧波污染。

2.2.4 節(jié)能效果好

通過10 口試驗(yàn)井的測試證，應(yīng)用智能調(diào)沖次加上四象限智能調(diào)壓(柔性驅(qū)動)技術(shù)后，平均單有功節(jié)電1.35 kW，對應(yīng)的節(jié)電率為21.4%。

2.3 技術(shù)特征

2.3.1 技術(shù)可解決的問題

機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)可以解決三類問題。其一，該技術(shù)通過“四象限變頻”解決功率因數(shù)低、電流大、電網(wǎng)損耗大的問題；其二，該技術(shù)通過“智能柔性驅(qū)動”解決負(fù)載變化大，大馬拉小車，電動機(jī)效率低的問題；其三，該技術(shù)通過“智能沖次調(diào)整”解決油井產(chǎn)量低，液面變化大，井下效率低的問題[4-6]。

2.3.2 技術(shù)取得的效益

機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)取得的效益有以下三個方面。其一，提高了能效水平，系統(tǒng)效率最高能提高10%以上；其二，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)的自動診斷，提高了機(jī)采井的設(shè)備安全性；其三，延長機(jī)采井機(jī)采設(shè)備使用壽命30%以上。

3 現(xiàn)場改造試驗(yàn)

通過對比改造前后系統(tǒng)效率數(shù)據(jù)和井組電表計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行評價分析，確保每口單井節(jié)能效果達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1 改造內(nèi)容

機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)改造內(nèi)容包括四個方面，即安裝系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制柜、更換節(jié)能變壓器、電動機(jī)改造、配套數(shù)字化模塊[7-10]。

1）安裝系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制柜。將原有控制柜更換為具有四象限變頻、智能柔性驅(qū)動、智能沖次調(diào)整等技術(shù)的系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制柜，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)參、記錄電參等功能。

2）更換節(jié)能變壓器。將原1140 伏的變壓器更換為380 伏等級更高、更節(jié)能的變壓器。

3）電動機(jī)改造。將普通高能耗電動機(jī)改造成變頻節(jié)能電動機(jī)，提高電動機(jī)功率因數(shù)。

4）配套數(shù)字化模塊。在控制柜里面新增數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通訊模塊。在作業(yè)區(qū)配套數(shù)據(jù)及控制服務(wù)器，包含操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及服務(wù)軟件。

3.2 現(xiàn)場改造實(shí)施情況

對節(jié)能改造區(qū)進(jìn)行機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)改造，主要對控制柜、變壓器、電動機(jī)及數(shù)字化模塊進(jìn)行了改造，實(shí)施124 個井場，共計(jì)414 口井，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)柔性啟動、自動調(diào)參、數(shù)據(jù)自動采集與分析。

4 應(yīng)用效果分析

1）改造前后指標(biāo)變化。用控制柜讀取的電參數(shù)據(jù)計(jì)算對比，系統(tǒng)效率提高1.55%，日耗電量減少5 426.9 kWh，綜合節(jié)電率為24.1%，機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)節(jié)電效果對比表見表2。

2） 電表節(jié)電效果驗(yàn)證。選取5 個井場19 口井，安裝電表進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)測綜合節(jié)電率24.5%，控制柜電參分析綜合節(jié)電率24.6%，兩者相差不大，因此控制柜電參分析具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，5 個井組電表節(jié)電效果驗(yàn)證對比見表3。

5 結(jié)論

1）在節(jié)能改造區(qū)通過應(yīng)用機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)，系統(tǒng)效率提高1.55%，日耗電量減少5 426.9 kWh，綜合節(jié)電率為24.1%。

2）在節(jié)能改造區(qū)通過安裝電表進(jìn)行驗(yàn)證，選取5 個井場19 口井，實(shí)測綜合節(jié)電率24.5%，控制柜電參分析綜合節(jié)電率24.6%，兩者相差不大，因此控制柜電參分析具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。

3）機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)采用了四象限變頻技術(shù)和電參、示功圖錄取等數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能調(diào)沖次、智能柔性驅(qū)動等功能，對早期配套的常規(guī)抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電動機(jī)控制柜一體化改造，改造后的機(jī)采井不僅降低生產(chǎn)能耗，并且延長設(shè)備壽命、降低了現(xiàn)場員工的勞動強(qiáng)度，為低效井治理提供技術(shù)支撐。

表2 機(jī)采井系統(tǒng)效率遠(yuǎn)程控制技術(shù)節(jié)電效果對比

表3 5 個井組電表節(jié)電效果驗(yàn)證對比