郭占春王林平李合遠(yuǎn)楊會(huì)豐常振武魏立軍

1.長(zhǎng)慶油田分公司 質(zhì)量管理與節(jié)能處 （陜西 西安 710018）

2.長(zhǎng)慶油田分公司 油氣工藝研究院 （陜西 西安 710021）

3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 （陜西 西安 710018）

4.長(zhǎng)慶油田分公司 第三采油廠質(zhì)量安全環(huán)?？?（寧夏 銀川 750001）

風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)技術(shù)在叢式井組的應(yīng)用探討

郭占春1王林平2,3李合遠(yuǎn)4楊會(huì)豐2,3常振武1魏立軍2,3

1.長(zhǎng)慶油田分公司 質(zhì)量管理與節(jié)能處 （陜西 西安 710018）

2.長(zhǎng)慶油田分公司 油氣工藝研究院 （陜西 西安 710021）

3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 （陜西 西安 710018）

4.長(zhǎng)慶油田分公司 第三采油廠質(zhì)量安全環(huán)保科 （寧夏 銀川 750001）

介紹了長(zhǎng)慶油田地區(qū)風(fēng)能資源測(cè)試、統(tǒng)計(jì)和分析的方法，得出了長(zhǎng)慶油田基本位于風(fēng)能可利用區(qū)的結(jié)論；針對(duì)長(zhǎng)慶油田現(xiàn)狀，提出了分布式風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)供電系統(tǒng)在油田叢式井組上應(yīng)用的方案；并對(duì)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行了效果測(cè)試分析。

風(fēng)能資源評(píng)估 風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ) 風(fēng)力發(fā)電 叢式井組

引言

隨著油氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)、產(chǎn)能建設(shè)急速推進(jìn)，長(zhǎng)慶油田面臨著機(jī)采、注水、集輸、熱力和電力五大系統(tǒng)能耗總量持續(xù)攀升的態(tài)勢(shì)，致使節(jié)能工作難度加大；長(zhǎng)慶油田的大發(fā)展要立足開發(fā)低滲透、走低成本戰(zhàn)略，建設(shè)節(jié)約型企業(yè)，實(shí)現(xiàn)油田經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)，必須解放思想，轉(zhuǎn)變觀念，尋求新的節(jié)能途徑。

長(zhǎng)慶油田既是產(chǎn)能大戶,也是耗能大戶,如何降低能耗、減少生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為開展節(jié)能生產(chǎn)的迫切需求；長(zhǎng)慶油田地域遼闊，風(fēng)能資源有利用價(jià)值，開展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)適用性研究對(duì)節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)有著重要的意義。

長(zhǎng)慶油氣區(qū)區(qū)域特征及風(fēng)能資源分布

1 地域特征

長(zhǎng)慶油氣區(qū)主要工作區(qū)域在鄂爾多斯盆地及周邊地區(qū)，分布范圍達(dá) 37萬km2，橫跨陜甘寧蒙晉五省區(qū)。北部沙漠草原，南部黃土高原。由于長(zhǎng)慶油田山高溝深的特點(diǎn)，多為叢式井組進(jìn)行開發(fā)方式，具有鉆前投資費(fèi)用低、節(jié)省土地、易于管理等特點(diǎn)。抽油機(jī)為變載設(shè)備，常常處在“大馬拉小車”狀態(tài)下運(yùn)行。長(zhǎng)慶油田油氣開發(fā)難度大，單井產(chǎn)量低，屬于典型的“三低”油氣田，地面條件復(fù)雜，集輸管線長(zhǎng)，加熱點(diǎn)多，自用油耗量大，耗電量大。由于特殊的地理環(huán)境和地質(zhì)條件，生產(chǎn)基礎(chǔ)的限制，單位產(chǎn)品耗能相對(duì)較高，節(jié)能降耗的空間相對(duì)較小。

2 風(fēng)能資源分布及特征

（1）長(zhǎng)慶油田風(fēng)能資源宏觀評(píng)估

通過中央氣象局風(fēng)能太陽能評(píng)估中心統(tǒng)計(jì)的我國(guó)有效風(fēng)功率密度分布圖（圖 1）、全年風(fēng)速大于3m/s小時(shí)數(shù)分布圖[1,2]和陜甘寧蒙地區(qū)有效風(fēng)功率密度圖（圖2）、全年風(fēng)速大于3m/s小時(shí)數(shù)分布圖，宏觀上可以得出：榆林長(zhǎng)城沿線有較好的風(fēng)能資源，特別是定邊地區(qū)，風(fēng)能資源優(yōu)勢(shì)明顯。

此外，定邊和鹽池位于陜西寧夏交界地區(qū)，屬大陸性溫帶季風(fēng)氣候，在每年冬春季節(jié)風(fēng)力最強(qiáng)，風(fēng)能資源豐富地區(qū)最大風(fēng)力可達(dá)7～8級(jí)，區(qū)內(nèi)無臺(tái)風(fēng)，最大風(fēng)速小于對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片產(chǎn)生破壞的風(fēng)速，適合風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全年運(yùn)行。

圖1 全國(guó)有效風(fēng)功率密度分布圖

圖2 長(zhǎng)慶油田風(fēng)能分布圖

（2）長(zhǎng)慶油田風(fēng)能測(cè)試評(píng)估

風(fēng)資源測(cè)試和評(píng)估水平直接影響風(fēng)電設(shè)備選址以及發(fā)電量的預(yù)測(cè)，最終反映為風(fēng)電設(shè)備建成后的實(shí)際發(fā)電量[3]。而僅從宏觀上不能準(zhǔn)確評(píng)估油田地區(qū)的風(fēng)能資源，所以開展風(fēng)能資源測(cè)試評(píng)估對(duì)提高風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要。為了能隨時(shí)對(duì)風(fēng)能資料進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，采用了一種基于GPRS無線傳輸系統(tǒng)的測(cè)風(fēng)儀器進(jìn)行風(fēng)速和風(fēng)向的測(cè)量。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笳窘?0年風(fēng)能數(shù)據(jù)和長(zhǎng)慶測(cè)試點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析研究，估算出長(zhǎng)慶油氣區(qū)部分區(qū)域可利用小時(shí)數(shù)如表1，表2是中國(guó)氣象科學(xué)研究院規(guī)定的風(fēng)能區(qū)域劃分。

表1 長(zhǎng)慶油氣區(qū)部分區(qū)域可利用小時(shí)數(shù)

表2 中國(guó)氣象科學(xué)研究院規(guī)定的風(fēng)能區(qū)域劃分原則

通過兩組數(shù)據(jù)對(duì)比，進(jìn)一步驗(yàn)證長(zhǎng)慶油田具備風(fēng)力發(fā)電的客觀條件。

通過對(duì)氣象局近10年風(fēng)能資料和所建測(cè)風(fēng)點(diǎn)的自測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，得出長(zhǎng)慶油氣區(qū)年平均風(fēng)速在3m/s，屬于風(fēng)能可利用區(qū)，而且年可利用小時(shí)數(shù)較大，為長(zhǎng)慶油氣區(qū)開展風(fēng)電技術(shù)提供了客觀條件。

風(fēng)能應(yīng)用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)能是不穩(wěn)定的，如果沒有儲(chǔ)能裝置或與其他發(fā)電裝置互補(bǔ)運(yùn)行，風(fēng)力發(fā)電裝置本身難以提供穩(wěn)定的電能輸出。目前國(guó)內(nèi)外常見的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的供電方式主要有：獨(dú)立運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行和分布式風(fēng)網(wǎng)聯(lián)合互補(bǔ)型[4]。

獨(dú)立運(yùn)行又稱離網(wǎng)型，需要采取相應(yīng)的儲(chǔ)能措施。

并網(wǎng)運(yùn)行就是采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接，由電網(wǎng)輸送電能。

分布式風(fēng)網(wǎng)聯(lián)合互補(bǔ)供電方式，是指直接將風(fēng)力發(fā)電設(shè)施布置在負(fù)載附近，并與電網(wǎng)同時(shí)向負(fù)載供電的方式，無需上網(wǎng)。

風(fēng)能技術(shù)在長(zhǎng)慶油田叢式井組的應(yīng)用

1 運(yùn)行方式的選擇

長(zhǎng)慶油氣區(qū)生產(chǎn)需持續(xù)供電，若配備蓄電池組進(jìn)行儲(chǔ)能，則使發(fā)電成本大大增加，所以獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在長(zhǎng)慶油氣區(qū)能否應(yīng)用，還有待進(jìn)一步論證；在風(fēng)能資源好、用電量比較大的地方可以采用并網(wǎng)運(yùn)行方式，所發(fā)風(fēng)電統(tǒng)一輸送到電網(wǎng)，集中使用；分布式風(fēng)網(wǎng)聯(lián)合互補(bǔ)供電系統(tǒng)采用中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，尺寸小，安裝運(yùn)輸靈活，對(duì)安裝位置的選址條件要求不高，而且具有就近即發(fā)即用的特點(diǎn)，減少輸電損失。

鑒于風(fēng)電應(yīng)用摸索階段，長(zhǎng)慶油田在應(yīng)用風(fēng)電方面采用中小機(jī)型，風(fēng)網(wǎng)聯(lián)合互補(bǔ)型的供電模式。

2 xx井組風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)供電方案

為有效利用井組上的風(fēng)能資源，系統(tǒng)采用風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)控制供電系統(tǒng)，且要實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電優(yōu)先使用，不管發(fā)電功率有多大都優(yōu)先給抽油機(jī)供電，不足部分再用網(wǎng)電補(bǔ)充，整個(gè)系統(tǒng)風(fēng)電供電為主，網(wǎng)電補(bǔ)充為輔。方案設(shè)計(jì)時(shí)，必須首先考慮抽油機(jī)生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性。

圖3為風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)供電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案。圖4為現(xiàn)場(chǎng)安裝效果圖。3臺(tái)抽油機(jī)和1臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成一個(gè)風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)所發(fā)交流電整流為直流電送到所在區(qū)域直流母線網(wǎng)上，并被分配到抽油機(jī)風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)供電控制箱，同時(shí)網(wǎng)電也經(jīng)整流裝置接到所在區(qū)域直流母線網(wǎng)上，每個(gè)抽油機(jī)風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)供電控制箱通過抽油機(jī)變頻控制柜后連接1臺(tái)抽油機(jī)。

該方案的特點(diǎn)是將風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)這個(gè)供電系統(tǒng)作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的供電電源，代替單獨(dú)的網(wǎng)電給設(shè)備負(fù)載供電。

在該方案中，網(wǎng)電接入風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)控制供電箱，將380V交流電整流轉(zhuǎn)換成直流電，接入直流母線。風(fēng)力機(jī)運(yùn)行所發(fā)出的電能通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流控制箱，用電壓源電流源轉(zhuǎn)換技術(shù)將整流升壓穩(wěn)壓在一個(gè)比網(wǎng)電整流電壓稍高的電壓值，然后連接到風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)控制器的直流母線上。由于風(fēng)電和網(wǎng)電之間存在一個(gè)微小的電壓差，而風(fēng)電整流電壓又稍高于網(wǎng)電整流電壓，所以不管風(fēng)大風(fēng)小系統(tǒng)都將優(yōu)先使用風(fēng)電。

長(zhǎng)慶油田受低壓、低滲等儲(chǔ)層物性影響，單井產(chǎn)液量比較低，使得電機(jī)處于“大馬拉小車”的現(xiàn)象，本系統(tǒng)在抽油機(jī)前增加了變頻控制柜，將風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)控制供電箱的直流電逆變成交流電，并采用變頻方法，可根據(jù)油井井下具體情況，通過調(diào)節(jié)輸出頻率的方法，方便快捷的調(diào)節(jié)機(jī)采參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行變頻控制。

3 風(fēng)電運(yùn)行數(shù)據(jù)

通過一個(gè)月運(yùn)行情況來看，結(jié)合風(fēng)能資源評(píng)估結(jié)果，繪制出2010年6月日發(fā)電量與日平均風(fēng)速的變化曲線（圖5）。

圖3 風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)系統(tǒng)示意圖

圖4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖

測(cè)試風(fēng)電與網(wǎng)電的整流電壓可以看出，風(fēng)電整流電壓為513V，網(wǎng)電整流電壓為510V,風(fēng)電整流電壓高于網(wǎng)電整流電壓，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電優(yōu)先使用的目的。

4 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

在風(fēng)資源充足的叢式井組應(yīng)用風(fēng)電的情況下，將大大降低網(wǎng)電用電量，而且減少大量有毒有害氣體的排放，節(jié)能減排效果明顯。隨著國(guó)家政策扶持力度的加大、技術(shù)不斷成熟完善和成本的降低，風(fēng)能的應(yīng)用前景相當(dāng)明朗。

結(jié)論

（1）長(zhǎng)慶油田具備開展風(fēng)能技術(shù)的客觀條件；

（2）風(fēng)網(wǎng)互補(bǔ)供電系統(tǒng)用于叢式井組，無需上網(wǎng)，隨發(fā)隨用；采用變頻技術(shù)，解決了抽油機(jī)“大馬拉小車”的問題；

（3）長(zhǎng)慶油田既是產(chǎn)能大戶,也是耗能大戶,開展風(fēng)電技術(shù)應(yīng)用研究對(duì)長(zhǎng)慶油田節(jié)能減排工作有著重要的意義。

[1]薛桁,朱瑞兆,楊振斌,等.中國(guó)風(fēng)能資源貯量估算[J].太陽能學(xué)報(bào)，2001，22（2）：167-170.

[2]宮靖遠(yuǎn).風(fēng)電場(chǎng)工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

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[4]李俊峰,高虎,王仲穎,等.2008中國(guó)風(fēng)電發(fā)展報(bào)告[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

An introduction is given to the testing,statistical and analytical methods of wind energy resource in Chanagqing Oilfield. Then it is concluded that Changqing Oilfield is located in the area where wind energy resource is available.According to the status quo of Changqing Oilfield,the program is proposed that is about the application of the power supply system of distributed wind power grid complementary to oilfield cluster well group.Meanwhile,an analysis is carried out on the effect test of wind power generation.

wind energy resource assessment;wind power grid power complementary;wind power generation;cluster well group

郭占春（1963-），男，高級(jí)工程師，現(xiàn)任長(zhǎng)慶油田質(zhì)量管理與節(jié)能處處長(zhǎng)，主要從事油田質(zhì)量管理和節(jié)能管理工作。

2010-09-14