低產低能油井智能化節(jié)能技術探索研究

王春利

【摘 要】目前對油井生產要求越來越精細化，從多方面來評價經(jīng)濟效益，要想高效、低成本的實現(xiàn)產量、效益的最大化，就必須要尋求地面及井下的可行措施。本文是通過在濮東采油廠在地面使用的伺服控制器及抽油機自適應智能技術滿足參數(shù)的最優(yōu)配套，實現(xiàn)節(jié)能降耗及延長油井免修期的目的。

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

一、背景

油田開發(fā)過程中，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，是我們重點關注的課題。針對低產、低能井，在我們胡慶油田開展智能化節(jié)能技術的探索研究，進行伺服控制器及抽油機自適應智能控制系統(tǒng)的先導實驗。

二、研究意義

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

三、現(xiàn)場實施與效果分析

（一）伺服控制器節(jié)能技術

1.工作原理：

在伺服驅動器DSP內建立完整的數(shù)學模型，以實時計算懸點位置，綜合外部開關量輸入的光桿每個沖次的校準信號，通過軟件自動計算出光桿運行的上下止點，并作為變速運行的依據(jù)。根據(jù)上行輸出功率的大小，有效調節(jié)電機轉矩、轉速、位置等參數(shù)，實現(xiàn)控制光桿在上下止點附近的低速運行，在上下行過程中高速運行的狀態(tài)，從而達到減少無效沖次、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，延長檢泵周期的目的。

2.技術特點

⑴自動調節(jié)抽油桿在上下止點附近的運行速度，實現(xiàn)變速運行，減少沖程損失及抽油桿的沖擊載荷，提高泵效，延長抽油桿使用壽命。

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度，避免供液不足。

⑶對于供液嚴重不足井，可實現(xiàn)超低沖次（0.8-3n/min）生產，減少無效沖次，節(jié)能效果明顯。

⑷沖次調節(jié)方便，系統(tǒng)配備中文鍵盤，根據(jù)抽油生產工藝需求，點擊操作即可完成沖次設置。

⑸安裝簡單，不需改造機械結構。投資少，效益好。

⑹消除異步電機低速運行下力矩的多邊形脈動，皮帶所受力矩更均勻，有效減少皮帶的抖動、打滑現(xiàn)象，減少燒皮帶、盤根干磨、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，便于示功圖測試等施工。

3.現(xiàn)場應用效果分析

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，調節(jié)上下行程及止點附近的運行速度，并根據(jù)油井供液能力，平穩(wěn)調節(jié)電機轉速，有效控制光桿在上下止點附近的低速運行，實現(xiàn)低能抽油井的超低沖次平穩(wěn)生產（表1）。

表1 安裝前后現(xiàn)場效果對比

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%，采液單耗由22.9KWh/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%，采液單耗由32.3KWh/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）抽油機自適應智能控制節(jié)能技術

1.工作原理：利用后臺的大數(shù)據(jù)軟件，通過數(shù)據(jù)計算，實現(xiàn)現(xiàn)場的智能化操作，所有的操作由后臺軟件操作，現(xiàn)場操作柜內只設置啟動/停止按鈕，現(xiàn)場操作簡單。

2.技術特點：

⑴改善電網(wǎng)功率因數(shù)（>0.95）及電能質量，根據(jù)油井供液能力自動調速，智能化操作。

⑵系統(tǒng)可將電機進入再生發(fā)電狀態(tài)所產生的多余能量儲存，避免回饋電網(wǎng)或發(fā)熱浪費，進一步節(jié)能。

⑶自動診斷抽油機設備狀態(tài)，接收數(shù)據(jù)異常（出砂、結蠟、異物卡井，設備故障造成的電流差異大），可自動停機保護。

⑷安裝結構簡單，無傳感器就能實現(xiàn)抽油機智能控制，減少了額外的零部件、安裝和維護成本。

3.現(xiàn)場應用效果分析

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

表2 安裝前后現(xiàn)場效果對比

噸液單耗大幅下降，節(jié)電效果明顯。

H5-125井安裝前日耗電量295kwh，采液單耗18.79KWh/t，安裝后前日耗電量104kwh，采液單耗6.98KWh/t，日耗電降低191kwh，采液單耗降低11.81KWh/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井安裝前后對比的示功圖來看，油井由“供液不足”變?yōu)椤拜p微供液不足”；沖次由4.09n/min下調為2.39n/min，日產液量基本穩(wěn)定；泵效則由原來的36.5%提高至59.3%，提高了22.8個百分點。

四、結論

（一）現(xiàn)場適用性對比

伺服控制器目前可滿足380-660V電壓需求；技術優(yōu)勢：可以實現(xiàn)上下行變速運行，電子剎車功能，手動調速。

抽油機自適應智能控制系統(tǒng)目前可滿足380V電壓需求；技術優(yōu)勢：可以實現(xiàn)再生發(fā)電狀態(tài)能量儲存，油井異常情況的自動停機，自適應參數(shù)自動調節(jié)。

（二）當年投入產出比對比

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

通過上面的現(xiàn)場適用性及投入產出比對比，我們認為這兩種技術各有各自的優(yōu)勢，伺服控制器單體價位適中，對于電壓適應性可滿足現(xiàn)場需求，適用于井深，沖程損失大，設備老化維修頻繁的低產低能井；抽油機自適應智能控制系統(tǒng)單體價位偏高，對于電壓等級局限性較大（目前只能安裝380V的設備，高壓系統(tǒng)需增加變壓器，增加成本），適用于出砂、稠油、結蠟嚴重的低產低能井。

【參考文獻】

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