淺談?dòng)吞锲髽I(yè)節(jié)電新技術(shù)的研究與應(yīng)用

樊慶海

(中國(guó)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(yáng)凹陷北部斜坡帶西部，大部分油井屬于稠油區(qū)塊，原油含蠟高、凝固點(diǎn)高，需通過(guò)使用電磁加熱器加熱才能順利外輸，造成耗電成本高。

習(xí)近平總書(shū)記在黨的二十大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)：“必須牢固樹(shù)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(fā)展?！睂W(xué)習(xí)貫徹黨的二十大精神，扎實(shí)推動(dòng)綠色發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧共生，共同建設(shè)美麗中國(guó)。

如何開(kāi)展節(jié)電措施降低能耗，打造綠色低碳企業(yè)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)良性可持續(xù)發(fā)展，古城油田積極宣傳節(jié)能降碳和綠色發(fā)展理念、普及節(jié)能減碳知識(shí)、提升全員節(jié)能意識(shí)，培養(yǎng)勤儉節(jié)約、綠色低碳的生活方式、消費(fèi)模式和生活習(xí)慣；積極推廣節(jié)能降碳先進(jìn)適用技術(shù)和產(chǎn)品，“綠色低碳，節(jié)能先行”、建設(shè)“清潔高效低碳循環(huán)”是綠色企業(yè)的需要。

本文重點(diǎn)探討如何通過(guò)使用節(jié)能新技術(shù)、新產(chǎn)品達(dá)到節(jié)電的目的。

1.高耗電設(shè)備使用現(xiàn)狀

（1）因油井含蠟高、凝固點(diǎn)高，外圍區(qū)塊32口油井需使用電加熱+雙空心桿熱水循環(huán)工藝，解決油井結(jié)蠟、生產(chǎn)回壓高的問(wèn)題，需使用管道加熱器解決原油外輸?shù)膯?wèn)題，對(duì)17口進(jìn)高架罐生產(chǎn)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不能根據(jù)油井生產(chǎn)狀況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，造成油井電力損耗加大。

（3）企業(yè)內(nèi)電氣設(shè)備老舊損耗加大，造成電力損耗加大。

（4）隨著企業(yè)改制企業(yè)人員的減少，間開(kāi)油井執(zhí)行峰谷電價(jià)的難度加大不易落實(shí)。

（5）調(diào)參、調(diào)平衡開(kāi)展不及時(shí)，機(jī)采效率提升難度大。

（6）生產(chǎn)生活中關(guān)閉電腦、空調(diào)不及時(shí)造成電力浪費(fèi)。

2.節(jié)約用電創(chuàng)建綠色企業(yè)的具體措施

2.1 使用太陽(yáng)能、套管氣等多能互補(bǔ)方式替代電磁加熱器加熱方案

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

2.1.1 存在的問(wèn)題

（1）加熱能耗較高，且全時(shí)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(shí)現(xiàn)加熱閉環(huán)控制，全時(shí)段加熱，沒(méi)有發(fā)揮出峰谷電價(jià)政策降本優(yōu)勢(shì)。

（2）工藝參數(shù)需優(yōu)化: 采出液加熱參數(shù)的確定未考慮節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性，特別是冬季，加熱參數(shù)設(shè)置較高，且井口保溫措施差。

（3）套管氣、太陽(yáng)能等清潔能源沒(méi)有優(yōu)化利用，2021年4月對(duì)畢店區(qū)塊套管氣情況進(jìn)行了一次摸底，其中部分油井套管氣達(dá)0.2MPa，具備一定潛力，目前全部放空生產(chǎn)，另有一套太陽(yáng)能裝置因站內(nèi)生產(chǎn)原因長(zhǎng)期停用。

2.1.2 方案目的和優(yōu)化原則

（1）節(jié)能減碳：充分利用太陽(yáng)能、套管氣等清潔能源，替代一部分電加熱用能；同時(shí)探索和優(yōu)化偏遠(yuǎn)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(wèn)題。

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

2.1.3 工藝優(yōu)化的基本原則

（1）多能互補(bǔ)原則：按照太陽(yáng)能、套管氣和電能等現(xiàn)有資源優(yōu)先利用次序，優(yōu)先利用太陽(yáng)能和套管氣，不足部分由谷電補(bǔ)充。

（2）投資節(jié)約和分階段實(shí)施原則：利用井場(chǎng)閑置的儲(chǔ)罐、太陽(yáng)能裝置、循環(huán)泵、分離器、管線和閥門(mén)等，利用以太陽(yáng)能、套管氣和電能互補(bǔ)的加熱裝置，保留信息化通信接口，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

（3）安全平穩(wěn)原則：在保證用電、用氣安全的基礎(chǔ)上，儲(chǔ)能裝置能夠保證嚴(yán)寒冬季無(wú)太陽(yáng)能、套管氣補(bǔ)充情況下，仍能利用谷電平電保證油井安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

2.1.4 方案內(nèi)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(zhì)，按照套管氣、太陽(yáng)能和谷價(jià)電能優(yōu)先利用次序，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有加熱資源的儲(chǔ)存與互補(bǔ)利用；并通過(guò)當(dāng)前雙空心桿生產(chǎn)工藝，以采出液出口溫度為控制目標(biāo)，對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)的最優(yōu)化，達(dá)到節(jié)能降本目標(biāo)。

（1）用熱平衡校核計(jì)算。以循環(huán)水回水溫度為控制目標(biāo)，增加變頻器控制循環(huán)泵流量來(lái)實(shí)現(xiàn)空心桿加熱的精準(zhǔn)控制。采用時(shí)鐘控制進(jìn)行谷電加熱，兼顧到太陽(yáng)能、燃?xì)庋a(bǔ)熱共用一個(gè)蓄能器，加熱溫度目標(biāo)溫度預(yù)定75℃，水容積13m3。

（2）基本工藝流程。結(jié)合當(dāng)前運(yùn)行情況，簡(jiǎn)化流程，利用舊有40m3集油器作為蓄能器，以軟化水為介質(zhì)；改造雙空心桿循環(huán)流程，再分別安裝太陽(yáng)能補(bǔ)熱器、套管氣燃燒器等。

2.1.5 實(shí)施效果

（1）通過(guò)流程改造實(shí)施后效果良好，后期又對(duì)臨近3口井流程改成，通過(guò)一套多能互補(bǔ)系統(tǒng)同時(shí)帶動(dòng)4口井，解決油井結(jié)蠟、生產(chǎn)回壓高的問(wèn)題，日可節(jié)電0.12萬(wàn)度，達(dá)到了節(jié)電降碳目的。

（2）經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)施后，可根據(jù)氣象條件、套管氣資源情況，實(shí)現(xiàn)全年4種模式運(yùn)行，即：

純谷電、谷電+太陽(yáng)能、谷電+套管氣、谷電+太陽(yáng)能+套管氣：可節(jié)電36萬(wàn)度/a，節(jié)費(fèi)27.72萬(wàn)元/a。

（3）節(jié)能與減碳

純谷電：降碳17.8t/a；谷電+太陽(yáng)能：降碳97.6t/a；谷電+套管氣：降碳104.8t/a ；谷電+太陽(yáng)能+套管氣：降碳183.2t/a。

2.2 采用抽油機(jī)變頻控制柜滿足低產(chǎn)、低能井穩(wěn)定、高效生產(chǎn)

油田部分低產(chǎn)、低能井的連續(xù)生產(chǎn)造成電力的無(wú)用消耗，古城油田積極引進(jìn)采用機(jī)采工藝與自控技術(shù)高度融合的抽油機(jī)變頻控制柜解決此問(wèn)題。

抽油機(jī)變頻控制柜基于常規(guī)三相交流異步電動(dòng)機(jī)的變頻控制技術(shù)，主要是在數(shù)據(jù)處理中心( DSP ）內(nèi)建立完整的數(shù)學(xué)模型，以實(shí)時(shí)計(jì)算懸點(diǎn)位置，綜合外部開(kāi)關(guān)量輸入的光桿每個(gè)沖次的基準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)軟件自動(dòng)計(jì)算出光桿運(yùn)行的上下止點(diǎn)，并作為變速運(yùn)行的依據(jù)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度、位置、電流、扭矩、電壓等電參數(shù)獨(dú)立的閉環(huán)控制，可根據(jù)油井生產(chǎn)需要，控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中全程變速運(yùn)行：將每個(gè)沖次的運(yùn)行分為10個(gè)時(shí)間段，可分別設(shè)置驢頭上行速度、減速時(shí)間、上止點(diǎn)超低速運(yùn)行時(shí)間、下行加速時(shí)間、速度、減速時(shí)間、下止點(diǎn)超低速運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)。

通過(guò)預(yù)設(shè)參數(shù)，有效地控制光桿在上下止點(diǎn)附近平穩(wěn)的加、減速及低速運(yùn)行，上下行過(guò)程中高速運(yùn)行的狀態(tài)，從而達(dá)到減少?zèng)_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(zhǎng)檢泵周期的目的。滿足油田低產(chǎn)、低能井超低沖次連續(xù)、穩(wěn)定、高效生產(chǎn)的需要。

實(shí)施后可節(jié)電44%，古城油田對(duì)22口低產(chǎn)、低能井采用此技術(shù)，年可節(jié)電31.68萬(wàn)度，節(jié)費(fèi)24.39萬(wàn)元。

2.3 采用抽油機(jī)智能驅(qū)動(dòng)節(jié)能穩(wěn)產(chǎn)控制柜減少空抽造成能源空耗

對(duì)于低產(chǎn)低效井，能耗高和系統(tǒng)效率低的根本原因是供采不協(xié)調(diào)，即采抽速度大于供液能力，導(dǎo)致泵效持續(xù)下降，造成能源浪費(fèi)大，甚至空抽造成能源空耗。

提升泵效是實(shí)現(xiàn)供采協(xié)調(diào)、降低能耗、提高系統(tǒng)效率最直接、最有效的方法和手段。提升泵效并把泵效持續(xù)穩(wěn)定在合理區(qū)間，才能實(shí)現(xiàn)能耗最小化、產(chǎn)液量最大化、系統(tǒng)效率最優(yōu)化。古城油田積極引進(jìn)抽油機(jī)智能驅(qū)動(dòng)節(jié)能穩(wěn)產(chǎn)控制柜解決此問(wèn)題。

抽油機(jī)智能驅(qū)動(dòng)節(jié)能穩(wěn)產(chǎn)控制柜特點(diǎn)原理：實(shí)現(xiàn)油田機(jī)采系統(tǒng)“供采協(xié)調(diào)、提升泵效和系統(tǒng)效率”的目標(biāo)，無(wú)傳感器本地閉環(huán)控制方式，利用“本地”：采集-分析-計(jì)算，適時(shí)調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)油井生產(chǎn)參數(shù)的最優(yōu)化控制，無(wú)需依托互聯(lián)網(wǎng)、也無(wú)需依托數(shù)字化平臺(tái)，能夠?qū)λ协h(huán)境下的抽油機(jī)進(jìn)行智能化控制，“知快知慢、能快能慢；知轉(zhuǎn)知停、能轉(zhuǎn)能?！?，直接采集電參數(shù)據(jù)、即時(shí)探知地層變化，適時(shí)調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)姿態(tài)，精準(zhǔn)控制電機(jī)快慢——實(shí)現(xiàn)恒定泵效合理區(qū)間的技術(shù)目標(biāo)，以沉沒(méi)度在合理位置下合理泵效的轉(zhuǎn)矩特征作為控制依據(jù)，控制系統(tǒng)鎖定該轉(zhuǎn)矩特征的電參基準(zhǔn)值，運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)調(diào)速糾正偏離該轉(zhuǎn)矩特征的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒定當(dāng)前合理沉沒(méi)度的最佳泵效狀態(tài)的控制目標(biāo)。

通過(guò)30口井使用效果，年可節(jié)電42萬(wàn)度，節(jié)費(fèi)33.73萬(wàn)元，降低碳排放43.17tCO2，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤53.1噸。

2.4 采取其他技術(shù)節(jié)約用電的方式

（1）開(kāi)展油井生產(chǎn)方式調(diào)整，推行峰谷錯(cuò)峰用電降低電費(fèi)，根據(jù)油井狀況實(shí)施間開(kāi)措施，將間開(kāi)井生產(chǎn)時(shí)間優(yōu)先調(diào)整至0點(diǎn)至8點(diǎn)低谷時(shí)段開(kāi)抽。

（2）實(shí)施油井線路無(wú)功補(bǔ)償示范工程，對(duì)部分油井安裝無(wú)功補(bǔ)償柜，減少無(wú)功功率損失。

（3）推廣應(yīng)用抽油機(jī)高效電機(jī)、永磁電機(jī)和星三角智能轉(zhuǎn)換等節(jié)能技術(shù)，2022年對(duì)67口老舊電機(jī)更換為節(jié)能電機(jī)。

（4）提高抽油機(jī)井機(jī)采系統(tǒng)效率，根據(jù)油井狀況變化及時(shí)調(diào)參、調(diào)平衡，對(duì)熱采高產(chǎn)井安裝變頻柜遠(yuǎn)程調(diào)參，使油井始終處于合理的生產(chǎn)狀況，實(shí)現(xiàn)節(jié)電目的。

（5）對(duì)生活、辦公樓配電室安裝自動(dòng)斷送電設(shè)備，即每天下午下班后18:30自動(dòng)斷電、一分鐘后自動(dòng)送電，避免了員工匆忙下班后忘關(guān)電腦和空調(diào)造成的電力浪費(fèi)。

（6）對(duì)生活礦區(qū)、計(jì)量站安裝太陽(yáng)能路燈替代傳統(tǒng)的高耗能路燈，對(duì)辦公室、宿舍安裝LED節(jié)能燈替代老舊的日光燈。

3.結(jié)論

通過(guò)使用節(jié)能新技術(shù)、新產(chǎn)品的推廣使用和“綠色低碳”強(qiáng)化節(jié)電措施活動(dòng)的開(kāi)展，2022年同比節(jié)約電量168萬(wàn)度，節(jié)費(fèi)129.36萬(wàn)元，達(dá)到了節(jié)能降耗的目標(biāo)，為創(chuàng)建綠色企業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。

下一步將對(duì)有條件的油井繼續(xù)推進(jìn)使用節(jié)能新技術(shù)，特別是利用太陽(yáng)能、套管氣、谷電的多能互補(bǔ)方式，以“奉獻(xiàn)清潔能源，踐行綠色發(fā)展”為理念，全面建成“清潔、高效、低碳、循環(huán)”的綠色企業(yè)為目標(biāo)，為油田企業(yè)推進(jìn)全面可持續(xù)發(fā)展奠定綠色基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)“綠水青山就是金山銀山”的中國(guó)夢(mèng)。