张鹏 耿永峰 张向军 李京梅（吐哈油田公司技术监测中心节能监测站）

抽油机一体化控制系统节能改造技术应用与分析评价

张鹏 耿永峰 张向军 李京梅（吐哈油田公司技术监测中心节能监测站）

针对吐哈油田公司随着油田的开发，抽油机用电负荷在逐年提升，每年大约以20%的速度递增，能耗与生产的矛盾日显突出。面对产液量日趋递减，在用抽油机配套电动机均按最大功率配备，造成抽油机在轻载或空载时能源浪费的现状，文中介绍了在温米采油厂选取93口低产液油井实施一体化控制系统示范区建设，实现对单井油、套压、载荷、冲速、用电量以及抽油机的运行状况的实时检测、记录和远传监控，最终形成单井系统效率分析报表，达到优化控制抽油机运行目的。通过测试效果评价，具有很好节能效果和应用前景。

抽油机 监控系统 改造 评价

1 概述

吐哈油田公司自1991年开始建设到1995年进入开发阶段，相继建成了温米、鄯善、鲁克沁、吐鲁番和三塘湖等油田，统计时间截止2011年10月共有抽油机井1815口，在运行1196口，2010年抽油机井年耗电量为10745.65×104kWh，占生产总用电量（26077.09×104kWh）的41.2%。温米采油厂所属的温吉桑、米登、温西一、温西三、红胡、温西十等采油区块，目前有油井370口，现运行开井的有226口，其中抽油机井193口，潜油电泵井7口，自喷井26口。抽油井年平均耗电量1445.26× 104kWh。随着油田的开发，用电负荷在逐年提升，能耗与生产的矛盾日显突出。吐哈油田公司对在用设备运行状况进行了认真分析和研究，决定在温米采油厂选取96口低产液油井实施一体化控制系统示范区建设，采取对低产液单井加装一体化控制柜，实现对单井油、套压、载荷、冲速、用电量以及抽油机的运行状况的实时检测、记录和远传，最终形成单井系统效率分析报表。该项目的实施，既降低了员工劳动强度，同时达到优化控制抽油机运行目的。

2 系统工作原理及功能介绍

该系统建设主要包括：一是推广应用抽油机一体化变频控制技术与远程终端监控，为抽油井能效监测与地面参数动态调整提供条件。二是采用GPRS网络技术作为它们的传输纽带，建立抽油井能耗与效率实时监测分析与系统优化体系。

2.1 抽油机变频一体化控制技术

变频调速技术的实施可实现以下功能：

1）变频器软起动功能：起动时电流小，对电网冲击小，起动时能耗降低。减小对电动机、减速箱、抽油机等机械的冲击，延长相关设备的使用寿命。软起动和降冲速可延长抽油机寿命及油井免修期20%以上。

2）变频器控制上下行程速度功能：实现设备上、下行程自动识别，从而改变抽油机上、下行程的运行速度。另外抽油机冲速在1~6范围内任意调节，可使抽油机的抽汲参数对不同油井而言有不同设计。适当调节，能提高泵的充满系数，减少泵的漏失，从而提高泵效达到增产目的。冲速的任意调节，还可不停机调节产量，解决了因更换皮带轮调速造成的停产，从而提高了生产效率。

3）分段转速控制功能：通过变频器对抽油机转速调节，根据抽油机的特殊工况，把转速控制细化为上冲程转速和下冲程转速分段控制，可实现上冲程时电动机工作在50Hz，下冲程电动机工作在20～30Hz，达到快提慢放功能，从而降低漏失，提高泵效。

4）高效制动功能：变频器实现制动控制方式，能自动跟踪电动机的负载调整电压及频率，将抽油机发电状态时产生的能量用电阻就地消耗。可减少电动机发热，消除电能反送，这相当于综合了变电压节能和超越离合器节能。

2.2 单井系统效率实时监测与优化技术

新增WellView机采井远程监控系统以及EffStar系统效率软件分析技术平台，可实现以下系统功能：

1）数据远传功能（GPRS数据发送模块DTU）：能够对抽油机载荷（最大与最小值）、电流(Ia、Ib、Ic)（最大与最小值）、电压(Ua、Ub、Uc)有效值、有功功率、无功功率、功率因数、上下冲程最大电流值、上下冲程功率、平衡率、油套压、日用电量、累计电量、冲速、系统状态、采集时间等数据的远程上传。

2）WellView监控功能：系统具有示功图、电流图、电流、电压等参数的实时数据、历史数据查询功能，根据长时间的参数变化情况，方便快速分析。现场数据通过GPRS系统上传到采油厂中心控制室操作站，实现实时抽油井遥测数据的显示，显示抽油井的线电压、三相电流、电动机负荷等；显示抽油井的实时工况，使用动画显示、图标、文字来直观描述当前设备的状况，如启停、挂牌维修、停止使用等状态显示图、棒图、曲线等专业功能的提供，同时可提供与建立专家库进行比较、存储、调入打印等功能。

3）EffStar系统效率实时监测分析与优化功能：结合变频调速技术，根据当前示功图动态调整抽油机的冲速，让抽油机保持在最优生产参数下运行，对油井系统效率进行实时分析与计算，同时提供完整的抽油井系统效率生产统计报表。

4）以网页形式发布计算结果，同时也可以完成各种历史数据、曲线的查询。

图1 抽油机一体化控制装置

抽油机一体化装置见图1，单井在线载荷传感器见图2，抽油机平衡监控器见图3，GPRS数据发送模块DTU见图4。

图2 单井在线载荷传感器

图3 抽油机平衡监控器

图4 GPRS数据发送模块DTU

3 实施效果分析

3.1 系统优化实施效果分析

该系统经调试正常后于10月12日进行了测试，计划安装96口，实际施工安装93口，由于各种因素影响，监测站抽测了其中的48口进行分析评价，抽测率51.6%。48口井的系统效率及综合节电率进行分析评价见表1。

表1 48口抽油机井平均节电效果计算表

3.2 单井实时数据监控与系统软件应用效果分析

按照实施方案，93套远程监控与一体化控制柜已安装调试完毕，各项参数的实时监控、系统分析以及WEB发布软件运行正常，达到了预期目的。

1）实时监测系统实现了七大功能，即抽油井实时运行监控、电参量与示功图、抽油井平衡状况、示功图叠加对比、任意时间段单井用电量查询、系统效率分析、单井异常报警信息，目前运行状况性能稳定，数据准确，为实时优化工况，开展能效对标提供了保障。

2）实时监测与人工测试数据对比分析表明，该系统监测数据符合现场实际，对于间开井、产状变化井，实时监测取得数据在优化工况方面更具指导意义。

3）经验证油井井况及冲速变化不大时，上传电参数与现场实际测试数据基本一致。除H102井冲速变化较大无可比性外，WX1-303井最大偏差1.39，WQ8井最小偏差0.1，达到预期目的。

4 经济效益分析

4.1 一体化控制调参年节约电量

年节电量180.34×104kWh；电费按0.72元/ kWh计算，年节约电费129.85万元。

4.2 检泵及人员劳动力节约折合费用

根据温米采油厂每年平均地下检泵约80台次，全厂263口抽油机中共安装抽油机一体化变频控制柜93台，变频运行平均在30~40Hz之间，这样计算，平均检泵周期延长1/4,每年平均减少检泵次数20台次，按照往年平均每台次检泵人工、材料费用共6万元计，每年减少检泵费用120万元。

4.3 投入产出比

购置费388万元（用合同价）+安装调试费（包括安装材料、电缆等）75万元+评价费25万元=488万元，即：488/（129.85+120）=1.95，投资回收期为1.95年。

5 结论及认识

1）通过此次节能改造，使机采系统的系统效率由原来的平均15.52%提高到19.76%，提高了4.24个百分点，综合节电率25.55%，取得显著节能效果。

2）机采系统是一个动态过程，需要不断优化调试，因此该措施能有效降低操作人员劳动强度，便于调参；同时强化现场操作管理与日常维护，保障节能设备能正常发挥应有作用。

3）经测试分析与评价该项目实施具有系统稳定，节能效果显著，可在其它单位尤其是偏远、低产液油井区块实施推广应用该项技术，提升企业管理水平。

4）通过该系统的投入运行便于及时发现问题，有利于科学决策。可以及时发现并及时处理抽油机在运行过程中出现的异常情况，减少意外停机频次。通过远程监控快速监测和录取运行参数，进行科学分析与判定，提高功效。

5）节能作为油田的一项系统工程，贯穿了油田开发全过程，建议加强节能管理，增加节能投资，尤其在产能建设中优先考虑节能设备配套，避免开发过程中的二次投入。

6）多年来，我们一直希望建立一套完整的节能管理系统，从管理上抓好节能，从技术上实现节能。通过近几年努力，温米采油厂综合能耗呈整体下降趋势，主要得益于在节能工作的技术投入和精细化管理工作的推进；同时也使员工的思想观念发生重大变化，节能意识普遍提高。但我们也清楚地认识到由于油田产能的下降，设备老化，主要能耗设备的单耗呈上升趋势，我们将按照已取得的经验，从技术和日常管理两方面入手，进一步提高节能管理水平，深入开展能效对标研究工作，建立能效对标评价与考核体系，为油气生产和降本增效提供强有力的保障。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.09.011

2012-07-18）

张鹏，2008年毕业于重庆科技学院电气工程与自动化专业，从事节能监测与评价工作，E-mail：pm398740692@qq. com，地址：新疆鄯善火车站镇吐哈油田公司技术监测中心节能监测站，838202。