陸小兵 陳 陣 李花花 楊 帆

(中國石油集團(tuán)長慶油田分公司)

1 工藝提出

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。

2 太陽能穩(wěn)流自控儀的結(jié)構(gòu)和原理

(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。

3 試驗及推廣應(yīng)用情況

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

4 結(jié)論

(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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2 秦義．太陽能電池技術(shù)進(jìn)展與趨勢[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011，(16).

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4 肖慧杰，王海．淺析太陽能發(fā)電技術(shù)[J].內(nèi)蒙古石油化工，2010，(3).

5 朗憲超．太陽能技術(shù)在海上采油平臺的應(yīng)用[J]. 海洋技術(shù)，2001，(4).