王春利

【摘 要】目前對(duì)油井生產(chǎn)要求越來(lái)越精細(xì)化，從多方面來(lái)評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益，要想高效、低成本的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量、效益的最大化，就必須要尋求地面及井下的可行措施。本文是通過(guò)在濮東采油廠在地面使用的伺服控制器及抽油機(jī)自適應(yīng)智能技術(shù)滿足參數(shù)的最優(yōu)配套，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗及延長(zhǎng)油井免修期的目的。

【關(guān)鍵詞】低產(chǎn)低能；油井；智能化；節(jié)能技術(shù)；參數(shù)優(yōu)化

一、背景

油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，抽油井普遍存在著液量低、供液能力差，系統(tǒng)效率低的問(wèn)題，如何避免出現(xiàn)空抽現(xiàn)象，維持連續(xù)、穩(wěn)定、高效生產(chǎn)，是我們重點(diǎn)關(guān)注的課題。針對(duì)低產(chǎn)、低能井，在我們胡慶油田開(kāi)展智能化節(jié)能技術(shù)的探索研究，進(jìn)行伺服控制器及抽油機(jī)自適應(yīng)智能控制系統(tǒng)的先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。

二、研究意義

智能控制實(shí)現(xiàn)地面參數(shù)最優(yōu)化；節(jié)能降耗，延長(zhǎng)免修期。

三、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與效果分析

（一）伺服控制器節(jié)能技術(shù)

1.工作原理：

在伺服驅(qū)動(dòng)器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)沖次的校準(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)。根據(jù)上行輸出功率的大小，有效調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、位置等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制光桿在上下止點(diǎn)附近的低速運(yùn)行，在上下行過(guò)程中高速運(yùn)行的狀態(tài)，從而達(dá)到減少無(wú)效沖次、增加有效沖程、提高泵效、減小抽油桿沖擊載荷、減少抽油桿的偏磨，降低了管桿故障，延長(zhǎng)檢泵周期的目的。

2.技術(shù)特點(diǎn)

⑴自動(dòng)調(diào)節(jié)抽油桿在上下止點(diǎn)附近的運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行，減少?zèng)_程損失及抽油桿的沖擊載荷，提高泵效，延長(zhǎng)抽油桿使用壽命。

⑵根據(jù)供液能力及示功圖的變化，優(yōu)化工作沖次，使泵保持合理的沉沒(méi)度，避免供液不足。

⑶對(duì)于供液嚴(yán)重不足井，可實(shí)現(xiàn)超低沖次（0.8-3n/min）生產(chǎn)，減少無(wú)效沖次，節(jié)能效果明顯。

⑷沖次調(diào)節(jié)方便，系統(tǒng)配備中文鍵盤(pán)，根據(jù)抽油生產(chǎn)工藝需求，點(diǎn)擊操作即可完成沖次設(shè)置。

⑸安裝簡(jiǎn)單，不需改造機(jī)械結(jié)構(gòu)。投資少，效益好。

⑹消除異步電機(jī)低速運(yùn)行下力矩的多邊形脈動(dòng)，皮帶所受力矩更均勻，有效減少皮帶的抖動(dòng)、打滑現(xiàn)象，減少燒皮帶、盤(pán)根干磨、跑油等不正常狀況。

⑺具有電子剎車功能，可讓驢頭極方便地停在任意位置，便于示功圖測(cè)試等施工。

3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

2018年9月在H5-211及Q21-C2安裝該裝置，由常規(guī)控制改為智能伺服控制，調(diào)節(jié)上下行程及止點(diǎn)附近的運(yùn)行速度，并根據(jù)油井供液能力，平穩(wěn)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，有效控制光桿在上下止點(diǎn)附近的低速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低能抽油井的超低沖次平穩(wěn)生產(chǎn)（表1）。

表1 安裝前后現(xiàn)場(chǎng)效果對(duì)比

H5-211井安裝后參數(shù)由3.5n/min降低到1.8n/min，日耗電（10天平均）214kwh降至120kwh，日均節(jié)電94kwh，功圖由嚴(yán)重供液不足變?yōu)檩p微供液不足，液量變化輕微，泵效由27.2%提高至54.5%，采液?jiǎn)魏挠?2.9KWh/t下降至14.1KWh/t，單井系統(tǒng)效率由29.4%上升到40.5%，節(jié)電率38.4%。

Q21-C2井安裝后參數(shù)由3.47n/min降低到2.07n/min，日耗電（10天平均）229kwh降至155kwh，日均節(jié)電74kwh，功圖由嚴(yán)重供液不足變?yōu)檩p微供液不足，液量變化輕微，泵效由31.6%提高至49.6%，采液?jiǎn)魏挠?2.3KWh/t下降至23.6KWh/t，單井系統(tǒng)效率由20.5%上升到28%，節(jié)電率26.9%。

（二）抽油機(jī)自適應(yīng)智能控制節(jié)能技術(shù)

1.工作原理：利用后臺(tái)的大數(shù)據(jù)軟件，通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的智能化操作，所有的操作由后臺(tái)軟件操作，現(xiàn)場(chǎng)操作柜內(nèi)只設(shè)置啟動(dòng)/停止按鈕，現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單。

2.技術(shù)特點(diǎn)：

⑴改善電網(wǎng)功率因數(shù)（>0.95）及電能質(zhì)量，根據(jù)油井供液能力自動(dòng)調(diào)速，智能化操作。

⑵系統(tǒng)可將電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)所產(chǎn)生的多余能量?jī)?chǔ)存，避免回饋電網(wǎng)或發(fā)熱浪費(fèi)，進(jìn)一步節(jié)能。

⑶自動(dòng)診斷抽油機(jī)設(shè)備狀態(tài)，接收數(shù)據(jù)異常（出砂、結(jié)蠟、異物卡井，設(shè)備故障造成的電流差異大），可自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。

⑷安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)傳感器就能實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)智能控制，減少了額外的零部件、安裝和維護(hù)成本。

3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

2018年8月27日在H5-125安裝抽油機(jī)自適應(yīng)智能控制系統(tǒng)，安裝前后效果見(jiàn)表2。

表2 安裝前后現(xiàn)場(chǎng)效果對(duì)比

噸液?jiǎn)魏拇蠓陆?，?jié)電效果明顯。

H5-125井安裝前日耗電量295kwh，采液?jiǎn)魏?8.79KWh/t，安裝后前日耗電量104kwh，采液?jiǎn)魏?.98KWh/t，日耗電降低191kwh，采液?jiǎn)魏慕档?1.81KWh/t，節(jié)電率62.8%，節(jié)電效果明顯

⑵油井工況改善，泵效大幅提高。

從H5-125井安裝前后對(duì)比的示功圖來(lái)看，油井由“供液不足”變?yōu)椤拜p微供液不足”；沖次由4.09n/min下調(diào)為2.39n/min，日產(chǎn)液量基本穩(wěn)定；泵效則由原來(lái)的36.5%提高至59.3%，提高了22.8個(gè)百分點(diǎn)。

四、結(jié)論

（一）現(xiàn)場(chǎng)適用性對(duì)比

伺服控制器目前可滿足380-660V電壓需求；技術(shù)優(yōu)勢(shì)：可以實(shí)現(xiàn)上下行變速運(yùn)行，電子剎車功能，手動(dòng)調(diào)速。

抽油機(jī)自適應(yīng)智能控制系統(tǒng)目前可滿足380V電壓需求；技術(shù)優(yōu)勢(shì)：可以實(shí)現(xiàn)再生發(fā)電狀態(tài)能量?jī)?chǔ)存，油井異常情況的自動(dòng)停機(jī)，自適應(yīng)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（二）當(dāng)年投入產(chǎn)出比對(duì)比

伺服控制器：1：0.4975；抽油機(jī)自適應(yīng)智能控制系統(tǒng)：1：0.2686。

通過(guò)上面的現(xiàn)場(chǎng)適用性及投入產(chǎn)出比對(duì)比，我們認(rèn)為這兩種技術(shù)各有各自的優(yōu)勢(shì)，伺服控制器單體價(jià)位適中，對(duì)于電壓適應(yīng)性可滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，適用于井深，沖程損失大，設(shè)備老化維修頻繁的低產(chǎn)低能井；抽油機(jī)自適應(yīng)智能控制系統(tǒng)單體價(jià)位偏高，對(duì)于電壓等級(jí)局限性較大（目前只能安裝380V的設(shè)備，高壓系統(tǒng)需增加變壓器，增加成本），適用于出砂、稠油、結(jié)蠟嚴(yán)重的低產(chǎn)低能井。

【參考文獻(xiàn)】

【1】付亞榮、劉春平、靳海鵬、李淼，抽油機(jī)節(jié)能減速裝置在低產(chǎn)低效油井的應(yīng)用.《油田節(jié)能》2004年第4期.