油井分時優化節能技術研究與應用

趙永杰 劉鵬 趙闖 徐海亮 李軍（勝利油田河口采油廠）

1 現狀

目前油田現場通過信息化配套建設，實現了油水井生產參數的實時監控，遠程調節，但工況調整仍然存在以下問題：間開控制不靈活，對于間開周期相對較短的間開井，頻繁啟停井增加人工管理成本[1]；工況調整不及時，固定頻率運行，無法根據現場情況實時調整，不能滿足工況優化需求[2]；階梯電價未利用，不能有效的配合不同時段電價進行間開周期調整，無法達到避峰填谷最佳運行效果，電耗成本較高[3-5]。

目前油田現場采用分時段電價計費，尖期電價是谷期電價的4.2倍，油田尖峰谷平時段見表1。充分利用分時段電價計費規則，峰期調高抽油機運行頻率，谷期降低運行頻率，可實現在油井產液量不變的情況下，節約大量電費。

表1 油田尖峰谷平時段

2 分時優化控制技術

2.1 分時優化控制原理

分時優化控制系統在控制中心安裝分時優化控制管理平臺，在現場控制柜內安裝經濟運行模塊，并借助信息化系統實現遠程通訊，通過已安裝的變頻器實現抽油機沖次調整，分時優化控制原理見圖1。

圖1 分時優化控制原理圖

1）信息傳輸。信息傳輸通過現場端與管理區設置的交換機、無線網橋、定向天線等實現數據的雙向傳輸[6]。

2）指令下發。管理區生產指揮中心根據現場情況分時優化控制管理平臺設定尖峰谷平期運行頻率，并通過網絡通訊下發至安裝在抽油機控制柜內的經濟運行模塊。經濟運行模塊根據指令，定期調整抽油機運行頻率[7-8]。

3）指令執行。經濟運行模塊接收來自分時優化控制管理平臺下發的調控指令，根據尖峰平谷期將一天的時間分成了8個時段，分別設置對應時間段的運行頻率。經濟運行模塊以有線方式與變頻器連接并通訊，時間段開始時經濟運行模塊向變頻器輸出4～20 mA的模擬量信號，以此改變變頻器運行頻率，從而改變抽油機沖次，達到分時優化控制的目的。

4）信息反饋?？刂乒駜纫寻惭b的RTU 采集抽油機沖次、變頻器頻率、電參數等現場運行參數，并通過已建的信息傳輸系統傳輸至管理區生產指揮中心安裝的生產指揮平臺及分時優化控制管理平臺，實時了解現場分時優化控制情況，技術人員根據反饋的信息及時調整控制策略。

2.2 分時優化控制節電原理

油田抽油機電動機耗電一直是油田生產成本的重要部分，如何降低抽油機耗電費用是油田面臨的重要課題。通過研究，變頻器輸出功率與頻率的立方成正比[9]：

式中：P1為變頻器頻率調整前輸出功率，kW；P2為變頻器頻率調整后輸出功率，kW；n1為變頻器頻率調整前頻率，Hz；n2為變頻器頻率調整后頻率，Hz。

尖峰期降低變頻器頻率，變頻器輸出功率降低，峰期節電。谷期時適當提高變頻器頻率，補充尖峰期減少的產液量，不同時段抽油機變頻頻率設定見圖2。由于谷期電價低，谷期耗電量提高，但電費增加的較少，達到不減少產能節省電費的效果。

2.3 分時優化控制選井方法

實現分時優化控制需要管理中心與油井現場通訊，并通過油井調節變頻器頻率實現抽油機沖次調整[10]。因此，油井現場為變頻控制、已完成信息化改造、油井無出砂等對抽油機沖次敏感的問題等均為選井的必要條件。同時，為達到分時優化控制的節電目的，需要油井具有變頻器頻率的調節空間。對于間開油井、或者需要靈活調整抽油機工況的油井，也可以應用分該技術，有效降低操作人員的勞動強度，選井條件見表2。

表2 選井條件

3 現場應用情況

為驗證該技術的應用效果在油田現場應用150口油井，經過階段跟蹤，產量基本不變情況下單井節約電費約30元/d，投資回收期4個月，平均單井能耗費用下降約1.02萬元/a。

以油田應用的1口油井為例，該井改造前運行頻率45.5 Hz，供液不足。改造后尖、峰期供液正常，平、谷期微供液不足，日產液與改造前持平。日節電費38.1元，效果明顯，油井應用情況統計見表3。

表3 油井應用情況統計

圖2 不同時段抽油機變頻頻率設定

4 結論

抽油機井分時優化控制運行技術目前已在勝利油田多個區塊現場應用，經過階段跟蹤，系統運行穩定。應用于間開控制井，實現了靈活控制，避免了人工調整不及時的情況。降低機采能耗的同時，錯峰提液，合理利用階梯電價，實現節能降費。合理控制生產壓差，改善供排關系，延長了檢泵周期。建立統一管理的集控平臺，各項參數可視化管理，便于根據油井反饋實時調整，節省人力物力，提升油井信息化管理水平。以該技術為依托，可擴展應用到油田注水泵控制、外輸控制等多個場合實現分時優化控制，達到節能節電的效果，具有廣闊的市場應用前景。