徐金兰

（新疆油田公司数据公司，新疆克拉玛依 834000）

井场能耗智能化管理功能探讨

徐金兰

（新疆油田公司数据公司，新疆克拉玛依 834000）

能耗是井场生产的主要成本，由于不能及时完整获得信息和缺乏综合分析的手段，因而不能及时有效处置供电设备负载不合理、抽油机停机故障等问题，增加了能耗，降低了油井的有效生产时效。建立井场能耗智能管理系统，实现对井区电、水、汽等能耗系统的实时监测，智能分析判断低效、故障原因，及时采取措施，对降低油井生产能耗，提高生产时效具有重要的现实意义。

井场能耗；数据采集；实时监控；远程控制

1 系统基本功能

井场能耗智能管理系统功能主要包括数据采集、数据分析、数据传输和远程自动控制等，有效实现能耗智能供需平衡。

在井场，供配电是基础供能系统，其电能传递的效率、质量直接影响其他系统的运行效果。机采、注水系统则是电能耗用的主要部分，合计约占生产能耗的87%。机采系统中，抽油机采油方式在机械采油油井中占比为90%左右。油田井场能耗智能化管理为油气生产带来良好的节能效果，创造了较大的经济效益。

1.1 数据采集

1.1.1 变压器电量参数

采用油田用电计量监测管理终端取代现有的计量装置，对输出电量、有功功率、无功功率、变压器负荷率、功率因数及高次谐波等数据进行实时监测。

1.1.2 用电计量监测数据

（1）计量数据：电能量、需量。

（2）统计数据：电压合格率、负载率、不平衡率、负荷率、日极值、月极值。

（3）测试数据：电压、电流、有功功率、无功功率、频率、相角、功率因数。

（4）状态数据：失流、失压、电压（流）逆相序、电池欠压、停（上）电。

1.1.3 抽油机参数采集

电机运行状态、井口油压、套管压力、抽汲参数（冲程、冲次、泵径、下泵深度以及抽油杆尺寸）、启停控制。

1.1.4 模拟量采集

终端可通过模拟量方式实时采集井口参数。

1.1.5 井场设备状态参数采集

计量箱门状态、门禁，变压器位移等。

图1 数据采集方式及流程图

1.2 数据分析

1.2.1 电量参数分析

包括用电量节能分析、变压器裕度自动分析等。

1.2.2 抽油机分析

示功图分析、启停控制、间抽控制。

1.2.3 综合分析

节能效率评估、节能效果分析、终端在线分析、设备耗损分析、设备台账管理、分析成果管理。

图2 机采能耗分析图

1.3 数据传输

针对井场的各种传输条件，系统应支持以下通讯方式：

PLC低压电力线载波智能自组网（可减少现场施工量、节省材料，便于维护）。

无线传输：GPRS/CDMA无线公网2.4/5.8G、Mcwill、WiFi、Zigbee、433M、230M。

有线传输：光纤、专线、ADSL。

1.4 自动控制

1.4.1 告警功能

对终端的停电、上电及其他相关告警信息实现实时上报，对失压、失流、功率超负荷等各种参数越限报警等。

1.4.2 抽油机监控管理功能

通过电力线载波的方式与抽油机控制终端通讯，实现对同一变压器下的抽油机终端的统一管理和电机远程启停控制。

1.4.3 电力设备控制功能

对电力线路及变压器进行远程拉（合）闸控制、抽油机远程启停控制。

1.4.4 防窃电及变压器防盗功能

终端具有防窃电及变压器防盗功能。

1.4.5 远程升级功能

终端通过GPRS、CMDA等通信网络对终端软件实现远程在线升级。

1.5 系统物联网拓扑图

物联网是指：通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网包括应用层、网络层和感知层3个层面，全面感知、可靠传递、智能处理是物联网的三大重要特征。

井场能耗智能管理系统利用物联网技术，通过对井场的油气水井、计量间、转油站、处理站等各类生产对象能耗进行全面感知，实现井场能耗数据自动采集和控制、井场能耗监控和管理。

图3 抽油机监控管理图

1.5.1 感知层：数据采集子系统

该子系统通过传感器、射频识别等设备实现从井口开始到外输流程结束的全部生产相关设备、介质（感知对象）的实时数据采集、存储、处理。井场能耗数据采集对象主要包括井、计量注配间、站库三大类。其中井分为油井和注入井，油井根据现有工艺方式不同，分为抽油井、自喷井、电潜泵井、螺杆泵井，注入井分为注水井和注聚井。

1.5.2 处理层：控制子系统

处理感知层获取的数据，通过远程控制、联锁自动控制等设备，实现对生产过程的自动控制和无人值守。例如抽油机远程启停，通过远程控制电量模块，实现抽油机的定时启停和远程启停。同时还有电泵井远程控制、注水自动调节控制等。

1.5.3 传输层：数据传输子系统（网络层）

该子系统主要将井、间、站采集的数据采用无线和有线技术传输到监控中心数据库。采用有线和无线异构网络组网。根据现场环境不同，因单井数量通常较大，采用有线传输投资成本较大，采用不同无线传输技术如无线专网McWill、WiFi、无线网桥、数传电台、3G/GPRS、卫星等网络。为保障数据传输安全，主要采取隔离网闸、无线通信协议信道加密、防火墙、数据库安全防护网关等安全防护措施。

1.5.4 应用层：现场管理与监控子系统

井场能耗现场监控主要由电子巡检管理、油井远程启停、油气生产自动计量、视频实时监控、异常报警、设备管理监控等系统功能模块组成，满足井、站、作业区及采油厂各层级对生产过程监控管理的需要。

图4 油区电网节能管理系统拓扑图

1.6 系统结构

基于物联网和互联网技术，井场能耗智能管理系统由现场智能传感器、远程终端、通讯网络到信息管理平台的“M2M”工业物联网组成整体结构。

图5 油区电网节能管理系统结构图

2 系统应用功能

运用井场能耗智能管理系统的数据采集、数据分析、数据传输和远程自动控制等功能，可进一步实现对井场、井区、采油作业区能耗的综合分析、自动控制和管理。

2.1 通过电网参数分析调整优化变压器负载

油区电量计费包含变压器容量基本电量费用和有功电量费用两部分，并对超额的无功电量按比例进行罚款。变压器负载率过低会多支付变压器容量基本电量费用，变压器超载会支付无功电量的罚款。油区变压器通常依据地面建设设计用电负荷选型并安装，实际生产中抽油机的数量、单机功率都在不断发生变动，不能及时准确掌握变压器用电负荷，则会超额支付基本电量费用或无功电量罚款。通过系统实时监测和分析，可根据油田变压器负载率的变化及时优化油区变压器的结构，有效避免超额支付基本电量费用或无功电量罚款。

2.2 通过设备监控提高功率因数

油区通常在变压器或井口配电箱安装无功补偿设备，由于缺乏实时监控，对设备损坏失效缺乏有效管理，通过功率因数的采集分析可以及时掌握失效或损坏情况，保证功率因数达到0.8以上，达到有效节能目的。

2.3 通过系统综合分析功能提高节能管理水平

油区通常安装多个不同功用的节能设备，如变频器、节能型抽油机等，但没有有效地整合信息，缺乏综合分析的手段。通过系统，可实时监控各种设备的运行情况，整合信息，综合分析每一台节能设备使用前后的节能效果，提高油田节能管理水平。

2.4 精细分配和计量能耗，提高能效管理水平

除了技术因素外，不能有效获取分压、分线、分区，能耗信息，也是影响能耗管理的重要因素之一。通过系统，可对油田作业区供电网所有35kV（110kV）变6kV（10kV）进线节点、6kV变 400V出线变压器节点实施在线计量与监测，可将用电指标分解到各作业区，有效发现进入供电网的电能消耗与损耗分布规律，通过精细的计量手段进行考核，实现节约电能的目的，提高油区能效管理水平。

2.5 建立能耗分析模型，实现能耗考核管理

通过实时采集油田生产每日、每月和设定时段的水、电、气使用情况，可实时掌握产量与能耗的配比。通过能效管理分析，建立能耗与产量的配比模型、预测模型，结合油气生产物联网系统，实现油气生产用水、用电、用汽的消耗与损耗考核管理，为油气生产的单位产量能耗控制提供手段。

2.6 设备安全与台账管理

通过系统对井场设备的实时监控，实现油区设备的安全监控和台账管理，提高油区设备管理水平。

3 结束语

油井自动计量、自动采集数据和远程控制技术在油田已经得到广泛应用，将这些技术应用于井场能耗管理系统并实现综合分析和应用，不仅涉及电力、供水、注水、供汽、注汽等能耗系统本身，还受到井口其他生产要素的影响。因此，井场能耗智能管理系统建设是智能油田系统的一个组成部分，需要在智能油田的整体框架下统一设计，统一标准，统一实施。

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10.3969/j.issn.1673-0194.2015.01.057

F270.7；TP315

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1673-0194（2015）01-0111-04

2014-11-17