劉會(huì)（大港油田公司第六采油廠，天津 大港 300280）

基于伺服控制的供配電集控一體化技術(shù)在油田叢式井上的應(yīng)用

劉會(huì)（大港油田公司第六采油廠，天津 大港 300280）

本文針對(duì)油田偏遠(yuǎn)地區(qū)叢式井地面建設(shè)周邊無(wú)可靠電源的特點(diǎn)，提出一種基于伺服控制的供配電一體化技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了降低地面投資、減少設(shè)備能耗、提高數(shù)字化程度等多項(xiàng)成果，具有良好的使用前景。

伺服系統(tǒng)；自控系統(tǒng)；集控一體化

在油田，抽油機(jī)仍是目前耗電量最大的用電設(shè)備，用電量約占油田總用電量的40%以上，但運(yùn)行效率非常低，平均運(yùn)行效率只有25%，功率因數(shù)低，電能浪費(fèi)大。

造成抽油機(jī)運(yùn)行效率低的因素很多，如傳動(dòng)裝置的損耗、油桿提升過(guò)程中的損耗、泵的損耗等，但從電機(jī)而言，主要是由于考慮到電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生2-3倍的沖擊電流，需要電機(jī)配置預(yù)留部分容量，也就造成電機(jī)負(fù)載率過(guò)低，電機(jī)不在最佳運(yùn)行效率區(qū)間運(yùn)行，效率過(guò)低。

HSS井區(qū)為2012年新建油井產(chǎn)能，該井場(chǎng)周邊方圓兩公里內(nèi)雖然有地方10KV電源，但該電源供電可靠性較低，不能滿足井區(qū)地供電需求，為此需要配置其它電源。該井場(chǎng)內(nèi)井?dāng)?shù)共計(jì)13口，井深均在1100m左右，采抽設(shè)備選用5型抽油機(jī)。若采用常規(guī)配置，需配備11KW電動(dòng)機(jī)和15KW變頻器各13臺(tái)，動(dòng)力設(shè)備則需采用1臺(tái)200KW燃油發(fā)電機(jī)。

按照以上配置，前期投資在100萬(wàn)元左右，參照其它井區(qū)單井日柴油20L核算，該井區(qū)年耗油量可達(dá)到94900L，為此，需要尋求一項(xiàng)技術(shù)，不僅能節(jié)約投資成本，而且能極大降低運(yùn)行成本。

1 基于伺服控制的供配電集控一體化技術(shù)原理及構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)包括：動(dòng)力控制系統(tǒng)、參數(shù)采集系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)解析處理系統(tǒng)、診斷報(bào)警系統(tǒng)、參數(shù)調(diào)控系統(tǒng)、WEB服務(wù)系統(tǒng)、移動(dòng)終端。系統(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)需求，對(duì)井場(chǎng)內(nèi)套壓、采液量、產(chǎn)氣量、傾角傳感器、伺服電機(jī)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，并通過(guò)傾角傳感器對(duì)井下參數(shù)進(jìn)行推算。

1.2 伺服控制系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)一般由伺服控制器和伺服電機(jī)構(gòu)成。伺服控制器控制的三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給控制器，控制器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。根據(jù)伺服器系統(tǒng)在韓城地區(qū)實(shí)驗(yàn)效果分析得出，伺服系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍較寬，適于變負(fù)載狀況下的調(diào)速，尤其是低速下的可控調(diào)速。

伺服電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，使得設(shè)備選型時(shí)的范圍較寬，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)集中控制，能降低裝機(jī)容量和總體投資。

1.3 軟件系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集解析系統(tǒng)的主要功能為接收各油井上傳的測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行解析處理，然后儲(chǔ)存，未診斷與監(jiān)測(cè)、WEB服務(wù)、PC終端及手持終端提供原始數(shù)據(jù)。及服務(wù)器作為主機(jī)，接收油井監(jiān)控模塊的數(shù)據(jù)的上傳，完成一個(gè)基于WEB服務(wù)器的數(shù)據(jù)接收解析程序。

診斷報(bào)警主要功能是對(duì)數(shù)據(jù)解析系統(tǒng)接收的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算。結(jié)合油井的排采階段，利用采集數(shù)據(jù)與理想情況進(jìn)行對(duì)比。對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷報(bào)警，并為參數(shù)調(diào)整提供理論依據(jù)。同時(shí)，為WEB用戶及手持機(jī)用戶提供數(shù)據(jù)層。

油井參數(shù)調(diào)控系統(tǒng)為油井的參數(shù)調(diào)整部分，根據(jù)診斷報(bào)警的結(jié)果，人為或自動(dòng)調(diào)整油井的生產(chǎn)制度，使油井能夠有效的運(yùn)行，減少因?yàn)樯a(chǎn)制度因素減少油井采收率的影響。

WEB服務(wù)系統(tǒng)根據(jù)可油井業(yè)務(wù)需要，提供包括油井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，歷史生產(chǎn)情況，排采曲線、動(dòng)液面曲線等圖形展示。

2 供配電集控一體化技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 .1 原設(shè)計(jì)方案

按照通常配置，HSS井區(qū)選用11KW伺服電機(jī)，控制柜采用1拖4設(shè)計(jì)，13口井配套4臺(tái)，發(fā)電機(jī)需用200KW燃油發(fā)電機(jī)。

2.1 .2 基于伺服控制的供配電集控一體化技術(shù)方案

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，HSS井區(qū)選用7.5KW伺服電機(jī)，控制柜采用1拖4設(shè)計(jì)，13口井配套4臺(tái)，發(fā)電機(jī)需用80KW燃油發(fā)電機(jī)。主要配套設(shè)備見表3。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況

HSS井組自2012年11月4日投產(chǎn)至今，除期間出現(xiàn)故障兩次因氣溫過(guò)高導(dǎo)致風(fēng)扇燒毀故障外，運(yùn)行一直很穩(wěn)定，且經(jīng)更換電扇后問(wèn)題解決。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

為保證比較結(jié)果的準(zhǔn)確性，現(xiàn)選取YX-06（4井式）、YX-07（5井式）和YX-24（4井式）3座井場(chǎng)13口井的一個(gè)月的燃油消耗情況與合試4井場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析。3座井場(chǎng)均采用五型機(jī)作為采抽設(shè)備，發(fā)電機(jī)功率為80Kw，采用11Kw電動(dòng)機(jī)和15Kw變頻器進(jìn)行調(diào)控。

3 結(jié)語(yǔ)

從目前試驗(yàn)的情況分析，伺服器系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)排采設(shè)備節(jié)能50%的目標(biāo)，適合油井排采節(jié)能要求；故障率較低，運(yùn)行穩(wěn)定，具有良好的生產(chǎn)適應(yīng)性，對(duì)油井穩(wěn)定連續(xù)排采具有積極作用；其自動(dòng)與人工干預(yù)的優(yōu)化調(diào)控技術(shù)，可有效提升管理水平和開發(fā)效益，并有效降低用工需求和單井管理成本。

劉會(huì)（1971-），工程師，主要從事油田電力管理及自動(dòng)化技術(shù)的研究和應(yīng)用工作。