陸小兵 陳 陣 李花花 楊 帆
(中國石油集團(tuán)長慶油田分公司)
長慶油田在區(qū)域構(gòu)造上屬鄂爾多斯盆地,該區(qū)太陽能資源豐富,屬于太陽能資源二類地區(qū),年平均日照時間在2880h左右,年太陽總輻射為5200MJ/m2以上,前景十分可觀,有較好的太陽能利用開發(fā)條件。
近年來,為減少地面注水管網(wǎng)投資,長慶油田在管網(wǎng)設(shè)計上多采用單管多支工藝+穩(wěn)流配水工藝流程,其中,高壓穩(wěn)流自控儀可根據(jù)注水井吸水能力差異和注水系統(tǒng)壓力波動進(jìn)行單井注水量的自動調(diào)節(jié),實現(xiàn)油田精細(xì)注水。但在個別超前注水偏遠(yuǎn)區(qū)塊,由于井場不通大電,高壓穩(wěn)流自控儀電機(jī)不能進(jìn)行正常運轉(zhuǎn),只能依靠人工進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)工作繁瑣,員工勞動強(qiáng)度大,超注、欠注的現(xiàn)象發(fā)生頻繁,難以實現(xiàn)平穩(wěn)注水。為了減輕員工勞動強(qiáng)度并達(dá)到精細(xì)注水的目的,在超低滲透油藏華慶油田試驗了太陽能穩(wěn)流自控儀,實現(xiàn)了偏遠(yuǎn)區(qū)塊的精細(xì)注水。
(1)基本結(jié)構(gòu)(圖1)
太陽能穩(wěn)流自控儀由供電部分和穩(wěn)流自控儀兩部分組成,其中,供電部分由太陽能板、蓄電池和逆變器構(gòu)成。
太陽能電池板:太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分。作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,送往蓄電池中存儲起來,并推動負(fù)載工作。
太陽能控制器:控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài),并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。溫差較大的地方,控制器還具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋?/p>
蓄電池:采用免維護(hù)太陽能專用電池,其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來,到需要的時候再釋放出來。
逆變器:太陽能直接輸出DC12V,通過逆變器將其轉(zhuǎn)換為AC220V,可為儀表提供電能。
圖1 太陽能穩(wěn)流自控儀結(jié)構(gòu)示意圖
穩(wěn)流自控儀部分由流量計、流量閥和控制器構(gòu)成,在流量閥的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中安裝減速裝置交流電機(jī),根據(jù)瞬時流量的大小進(jìn)行實時的控制。
(2)基本原理
太陽能穩(wěn)流自控儀由太陽能板將太陽能轉(zhuǎn)換為24V直流電壓,再通過逆變器轉(zhuǎn)換為220V交流電,供給高壓穩(wěn)流自控儀,穩(wěn)流自控儀的控制器根據(jù)流量計的流量數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較,若實際的瞬時流量小于設(shè)定值或大于設(shè)定值,且該誤差值大于預(yù)先設(shè)定的范圍,就會發(fā)出指令,驅(qū)動220V交流電電機(jī)正旋或反旋來調(diào)節(jié)閥門,以保持流量等于或接近設(shè)定值,達(dá)到油田精細(xì)注水的要求。
(3)參數(shù)確定
為了保證在夜間和陰雨天氣情況下穩(wěn)流自控儀正常運行,需配套鉛酸電池,將多余的電能輸送到鉛酸電池中存儲起來,達(dá)到現(xiàn)場惡劣天氣情況下仍能實現(xiàn)穩(wěn)流配水的要求。因此,需對太陽能電池板和鉛酸電池參數(shù)進(jìn)行選擇。
通過測試發(fā)現(xiàn),控制器的電機(jī)功率為70W,正常工作時間為開啟200ms、停止3s,平均耗電5W,顯示器耗電功率為3W,若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為80%,則當(dāng)輸出功率為8W時,實際需要輸出功率應(yīng)為8W÷80%=10W,那么一天耗電量為10W×24h=240Wh。按每日有效日照時間為10h計算,再考慮到充電效率和充電過程中的損耗,太陽能電池板的輸出功率應(yīng)為240Wh÷10h÷70%=34W(70%是充電過程中,太陽能電池板的實際使用功率)??紤]現(xiàn)場陰雨天氣無陽光照射,那么則需選定電瓶電壓為24V、負(fù)載功率為8W、電瓶容量為33Ah的蓄電池,才能滿足現(xiàn)場3天(72h)的正常工作需要。
為解決個別超前注水區(qū)塊井場不通大電帶來的調(diào)配難問題,2011年在超低滲透油藏華慶油田引進(jìn)了5套太陽能穩(wěn)流自控儀進(jìn)行前期試驗,通過現(xiàn)場試驗表明,在夜間和陰雨天氣情況下可持續(xù)工作5~7天,基本滿足了現(xiàn)場惡劣天氣情況下穩(wěn)流配水的要求。同時,根據(jù)現(xiàn)場穩(wěn)流配水情況來看,安裝太陽能穩(wěn)流控制儀后注水量平穩(wěn),滿足了油藏精細(xì)注水的需要(詳見表1)。如白264-57井,該井配注30m3,要求每2h流量為2.25~2.75m3,通過太陽能穩(wěn)流注水前后數(shù)據(jù)試驗曲線結(jié)果對比可以看出,安裝太陽能流量自控儀后曲線趨勢平穩(wěn),完全能夠滿足精細(xì)注水要求,應(yīng)用效果較好(圖2)。
表1 現(xiàn)場應(yīng)用情況對比分析表
圖2 白264-57井太陽能穩(wěn)流注水前后數(shù)據(jù)對比曲線
(1)從試驗結(jié)果可以看出,太陽能穩(wěn)流自控儀完全能夠滿足偏遠(yuǎn)區(qū)塊不通大電注水井油田精細(xì)注水要求。 (2)太陽能高壓穩(wěn)流自控儀利用太陽能供電,充分結(jié)合了鄂爾多斯盆地的地理資源優(yōu)勢,滿足了“安全、環(huán)?!钡沫h(huán)境要求,實現(xiàn)了能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換,具有良好的推廣意義和應(yīng)用前景。
(3)太陽能高壓流量自控儀能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳,可以采用電腦接收和監(jiān)測注水量,大大減輕員工的勞動強(qiáng)度,同時為以后注水系統(tǒng)自動化打下了基礎(chǔ)。
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