直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)應(yīng)用探討

姜兆輝（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

隨著開發(fā)時間延長，低效井增多，導(dǎo)致舉升系統(tǒng)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(chǎn)能油井投產(chǎn)應(yīng)用“一井一變”，變壓器投資高。因此，在產(chǎn)能區(qū)塊24口油井開展直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)現(xiàn)場試驗，降低舉升系統(tǒng)能耗，降低變壓器投資。

1 技術(shù)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(zhuǎn)變成540 V兩相直流電，直流電通過直流母線傳輸?shù)絾尉?，每臺抽油機配備直流電轉(zhuǎn)交流電逆變控制裝置，實現(xiàn)了直流母線電流輸送、饋能利用、減容、油井變頻調(diào)速的群控管理[1-3]。

直流母線采油井群控系統(tǒng)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(dāng)電動機工作時，逆變終端從直流母線上吸收電能；當(dāng)電動機倒發(fā)電時，倒發(fā)電立即饋入母線為其他逆變終端共享[5]，達(dá)到節(jié)能目的。

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

直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)具有以下優(yōu)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(shù)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(fā)電饋能循環(huán)利用，提高了節(jié)能效率，避免能量倒灌沖擊[7]。

三是實現(xiàn)抽油機動態(tài)跟蹤調(diào)壓節(jié)能控制方法與保護(hù)功能的有機結(jié)合，降低維護(hù)成本。

四是直流電源采用540 V電壓供電提高了電網(wǎng)系統(tǒng)安全性，杜絕了盜電現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)省生產(chǎn)成本[8]。

2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2.1 區(qū)塊概況

試驗區(qū)塊2021年基建完成37口井，布井設(shè)計井排方向采用424×212 m（即300×300 m正方形井網(wǎng)旋轉(zhuǎn)45°）的菱形井網(wǎng)開發(fā)。其中油井27口，水井10口，區(qū)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(xiàn)場應(yīng)用

該區(qū)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(jié)能技術(shù)，因此在5個平臺24口油井開展直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)試驗見表1。

表1 直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)應(yīng)用情況Tab.1 Application of group control energy saving technology for DC bus oil production wells

通過應(yīng)用直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)，減小了變壓器數(shù)量及功率容量，使變壓器在最佳狀態(tài)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(jié)能技術(shù)配置方案見圖2，具體投資構(gòu)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(diào)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(jié)能技術(shù)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(jié)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(jié)能系統(tǒng)投資155.68萬元，常規(guī)設(shè)計多功能調(diào)速裝置投資95.60萬元，投資增加60.08萬元。

節(jié)電效益：通過對試驗區(qū)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(shù)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(shù)八型抽油機單井日節(jié)電31.7 kWh，節(jié)電率20.32%。該區(qū)塊24口井年節(jié)電27.22×104kWh，節(jié)省電費17.15萬元。

通過試驗直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)，投資增加60.08萬元，節(jié)省變壓器投資17.11萬元，預(yù)計年可節(jié)省電費17.15萬元，投資回收期2.5年。運行10年，可創(chuàng)效128.53萬元。

3 結(jié)論

1）通過應(yīng)用直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)，減小了變壓器數(shù)量及功率容量，使變壓器在最佳狀態(tài)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(jié)能技術(shù)節(jié)能效果顯著，節(jié)電率達(dá)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(fā)電饋能得以循環(huán)利用，提高了節(jié)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(wǎng)系統(tǒng)安全性，杜絕了盜電現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)省生產(chǎn)成本[10]。