在油田, 抽油机仍是目前耗电量最大的用电设备, 用电量约占油田总用电量的40%以上, 但运行效率非常低, 平均运行效率只有25%, 功率因数低, 电能浪费大。
造成抽油机运行效率低的因素很多, 如传动装置的损耗、油杆提升过程中的损耗、泵的损耗等, 但从电机而言, 主要是由于考虑到电机启动时会产生2-3倍的冲击电流, 需要电机配置预留部分容量, 也就造成电机负载率过低, 电机不在最佳运行效率区间运行, 效率过低。
HSS井区为2012年新建油井产能, 该井场周边方圆两公里内虽然有地方10KV电源, 但该电源供电可靠性较低, 不能满足井区地供电需求, 为此需要配置其它电源。该井场内井数共计13口, 井深均在1100m左右, 采抽设备选用5型抽油机。若采用常规配置, 需配备11KW电动机和15KW变频器各13台, 动力设备则需采用1台200KW燃油发电机。
按照以上配置, 前期投资在100万元左右, 参照其它井区单井日柴油20L核算, 该井区年耗油量可达到94900L, 为此, 需要寻求一项技术, 不仅能节约投资成本, 而且能极大降低运行成本。
1 基于伺服控制的供配电集控一体化技术原理及构成
1.1 系统总体结构
系统主要由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括:动力控制系统、参数采集系统;软件系统包括:数据解析处理系统、诊断报警系统、参数调控系统、WEB服务系统、移动终端。系统可根据生产需求, 对井场内套压、采液量、产气量、倾角传感器、伺服电机和发电机运行参数进行采集, 并通过倾角传感器对井下参数进行推算。
1.2 伺服控制系统
伺服系统一般由伺服控制器和伺服电机构成。伺服控制器控制的三相电形成电磁场, 转子在此磁场的作用下转动, 同时电机自带的编码器反馈信号给控制器, 控制器根据反馈值与目标值进行比较, 调整转子转动的角度。根据伺服器系统在韩城地区实验效果分析得出, 伺服系统具有以下优势:
伺服电机调速系统的调速范围较宽, 适于变负载状况下的调速, 尤其是低速下的可控调速。
伺服电机的启动转矩较大, 使得设备选型时的范围较宽, 同时可以实现集中控制, 能降低装机容量和总体投资。
1.3 软件系统
数据采集解析系统的主要功能为接收各油井上传的测试数据, 对其进行解析处理, 然后储存, 未诊断与监测、WEB服务、PC终端及手持终端提供原始数据。及服务器作为主机, 接收油井监控模块的数据的上传, 完成一个基于WEB服务器的数据接收解析程序。
诊断报警主要功能是对数据解析系统接收的实时数据进行处理计算。结合油井的排采阶段, 利用采集数据与理想情况进行对比。对异常数据进行诊断报警, 并为参数调整提供理论依据。同时, 为WEB用户及手持机用户提供数据层。
油井参数调控系统为油井的参数调整部分, 根据诊断报警的结果, 人为或自动调整油井的生产制度, 使油井能够有效的运行, 减少因为生产制度因素减少油井采收率的影响。
WEB服务系统根据可油井业务需要, 提供包括油井的基础数据, 实时生产情况, 历史生产情况, 排采曲线、动液面曲线等图形展示。
2 供配电集控一体化技术现场试验
2.1 现场优化设计
2.1.1 原设计方案
按照通常配置, HSS井区选用11KW伺服电机, 控制柜采用1拖4设计, 13口井配套4台, 发电机需用200KW燃油发电机。
2.1.2 基于伺服控制的供配电集控一体化技术方案
根据优化设计, HSS井区选用7.5KW伺服电机, 控制柜采用1 拖4 设计, 13 口井配套4 台, 发电机需用80KW燃油发电机。主要配套设备见表3。
2.2 现场运行情况
HSS井组自2012年11月4日投产至今, 除期间出现故障两次因气温过高导致风扇烧毁故障外, 运行一直很稳定, 且经更换电扇后问题解决。
2.3 经济效益分析
为保证比较结果的准确性, 现选取YX-06 (4井式) 、YX-07 (5 井式) 和YX-24 (4 井式) 3 座井场13 口井的一个月的燃油消耗情况与合试4井场进行对比分析。3座井场均采用五型机作为采抽设备, 发电机功率为80Kw, 采用11Kw电动机和15Kw变频器进行调控。
3 结语
从目前试验的情况分析, 伺服器系统可以实现排采设备节能50%的目标, 适合油井排采节能要求;故障率较低, 运行稳定, 具有良好的生产适应性, 对油井稳定连续排采具有积极作用;其自动与人工干预的优化调控技术, 可有效提升管理水平和开发效益, 并有效降低用工需求和单井管理成本。
摘要：本文针对油田偏远地区丛式井地面建设周边无可靠电源的特点, 提出一种基于伺服控制的供配电一体化技术, 通过现场应用, 取得了降低地面投资、减少设备能耗、提高数字化程度等多项成果, 具有良好的使用前景。
关键词：伺服系统,自控系统,集控一体化