相陽（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

機(jī)采井電量計量方法及措施探討

相陽（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

機(jī)采井電量計量能為掌握油田電力消耗提供重要的依據(jù)，在降低電能損耗方面具有重要作用。目前機(jī)采系統(tǒng)一直缺乏可行的電量計量方法和有效手段，無法實現(xiàn)電量的有效計量。針對現(xiàn)場機(jī)采井用能設(shè)備特點提出電力計量措施和改造方法，并對多種計量方法進(jìn)行評價，通過分析機(jī)采系統(tǒng)主要用能環(huán)節(jié)及用能設(shè)備，提出單井計量、數(shù)字化管理的方法。通過進(jìn)行終端用能設(shè)備改造、電力計量儀表的選取實現(xiàn)單井電量計量與系統(tǒng)電量計量的統(tǒng)一，實現(xiàn)機(jī)采系統(tǒng)電量的準(zhǔn)確、有效計量。

機(jī)采井；有功功率；變頻；電量計量

目前，地面系統(tǒng)已基本實現(xiàn)電量的有效計量，而機(jī)采系統(tǒng)由于存在油井點多、線路與用電設(shè)備繁復(fù)的影響，目前仍未實現(xiàn)電量的有效計量，影響能耗統(tǒng)計與節(jié)能措施開展。因此，選取有效計算方法、選擇合適的計量儀表以及采取有效實用的電器設(shè)備計量改造方式對于機(jī)采系統(tǒng)的電量計量及節(jié)能降耗至關(guān)重要。

1 電量計量方法

常規(guī)的電量計量方法包括模擬計算、瞬態(tài)測試以及電能表累計計量的方式。

1.1 模擬計算

在沒有條件進(jìn)行準(zhǔn)確功率測試時，一般在用電設(shè)備處于工頻的狀態(tài)下均采取用單井實測電壓、電流或功率因數(shù)按下式計算：

式中：P1——電動機(jī)輸入功率，kW；

U入——輸入電壓，V；

I入——輸入電流，A；

cosφ——功率因數(shù)。

在不具備功率因數(shù)測試條件下，其中抽油機(jī)井功率因數(shù)按0.35取（常規(guī)三相異步電動機(jī)），電泵井一般按0.8固定值計算，螺桿泵井功率因數(shù)按0.35取。

1.2 瞬態(tài)測試計量

目前測試油井能耗參數(shù)的主要方法是采用電參測試儀器直接測試，包括電流、電壓、功率因數(shù)等，并依據(jù)結(jié)果計算有功功率和無功功率。標(biāo)準(zhǔn)儀器一般以日置3169及FLUKE433電能質(zhì)量分析儀進(jìn)行比對。

該計量方法能保證測試準(zhǔn)確度，但用于累計計量電量，則存在以下不足：一是必須準(zhǔn)確掌握油井生產(chǎn)時率情況；二是由于計量具有實效性，考慮到油井生產(chǎn)水平變化引起的能耗水平變化，用于累計計量則存在較大誤差；三是測試計量工作量大，存在種種不確定性。

1.3 電表累計計量

可采用有功電度表進(jìn)行累計電量的計量。目前主要包括數(shù)字式以及電子式電能表，分別可進(jìn)行單相和三相電的計量。

2 電量計量措施

喇嘛甸油田機(jī)采井供電系統(tǒng)多采用一井單變或一井多變的方式，但是電動機(jī)拖動系統(tǒng)都采用單井單控的方式，目前的各種電動機(jī)控制系統(tǒng)大多沒有單井電量計量儀表。通過對喇嘛甸油田機(jī)采系統(tǒng)用電狀況和設(shè)備進(jìn)行分析，可采取以下措施進(jìn)行機(jī)采井電量的單井計量。

2.1 抽油機(jī)井電量計量

由于抽油機(jī)負(fù)荷屬周期性脈動，并常伴有瞬時負(fù)功率，其輸入功率往往難以準(zhǔn)確測量。因此去除采取傳統(tǒng)人力進(jìn)行單井瞬態(tài)測試計量方法外，抽油機(jī)井電量的有效計量主要在于選取合適的電能表。

圖1 實測抽油機(jī)電平衡曲線圖

抽油機(jī)井倒發(fā)電對機(jī)械電能表計量誤差有較大影響。如圖1所示，該井在1個沖程周期內(nèi)，出現(xiàn)負(fù)功和負(fù)功率因數(shù)情況，影響油井能耗的準(zhǔn)確計量。目前電能表對于負(fù)功的處理基本分為三種方式，即按正值、負(fù)值疊加或按零值不計入。因此，傳統(tǒng)機(jī)械式電能表無法對抽油機(jī)井進(jìn)行準(zhǔn)確的有效計量。

針對抽油機(jī)井傳統(tǒng)控制柜可采用模塊化電能表進(jìn)行改造，一般應(yīng)具有如下特點：可測量并顯示所需電參數(shù)：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率及有功無功電能；采取電壓信號供電，無需供電電源；具有電能脈沖輸出功能；針對目前控制柜的模塊化設(shè)計，可采用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝方式（35mm或DIN導(dǎo)軌卡裝）；選取RS-485或RS-232通訊方式，今后數(shù)字化傳輸改造可直接接入。喇嘛甸油田目前大部分井電控裝置均為模塊化設(shè)計，可根據(jù)需要在輸入端或輸出端采取直接接入的方式安裝單相或三相電子式導(dǎo)軌電能表[1]。

2.2 電泵井電量計量

電泵井接入電壓較高，一般電動機(jī)電壓在540～2100V之間，因此，常規(guī)測試儀無法有效計量，同時高電壓測量存在安全隱患。目前電泵井電量計量可采取以下方法：按比例測量、對比計算；需要選擇帶有隔離互感器和分壓功能的電能表，同時進(jìn)行安全隔離和高壓分壓，在保證設(shè)備儀表及人工測試安全的前提下采用現(xiàn)場計量[2]。

鑒于此種情況，電泵井實測電量一般可按下式計算：

式中：P實測——有功功率，kW；

I——電流，I；

U——電壓，V；

cosφ——功率因數(shù)。

按此計算，考慮電纜線損，計算能耗與現(xiàn)場測量較為一致（表1）。

表1 6口電泵井電動機(jī)參數(shù)及電量計算

2.3 變頻器計量方法

目前喇嘛甸油田的抽油機(jī)井、螺桿泵井以及電泵井已廣泛應(yīng)用變頻控制器，采用變頻器驅(qū)動電動機(jī)具有節(jié)能效果明顯、調(diào)節(jié)方便、維護(hù)簡單等優(yōu)點。但是裝有變頻的油井電量測量給計量帶來較大問題。

變頻電量計量與傳統(tǒng)的工頻電能計量有很大的區(qū)別，主要問題如下：變頻器逆變部分多為三相橋式逆變器，其輸出為非正弦波，一般為PWM波（脈沖寬度調(diào)制），常規(guī)儀表采用的測試計算方法不適用，測試計量誤差很大；變頻環(huán)境下會產(chǎn)生高次諧波，常規(guī)儀表會因為高次諧波引起誤差，降低精度，甚至燒毀線圈，因此要求儀表必須具有較寬的測試帶寬；目前國內(nèi)外在電力測量中采用的通用算法是同步交流采樣法，該算法要求被測信號的周期與采樣周期保持整數(shù)倍即同步采樣，否則會產(chǎn)生測量誤差。但是由于同步采樣法是在頻率基本穩(wěn)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行，因此在頻率經(jīng)常發(fā)生大范圍偏移并且頻率還不穩(wěn)定的變頻環(huán)境下，應(yīng)用同步跟蹤算法會有很大的測量誤差。

目前國內(nèi)外普遍采用的變頻電量計量方法為：以福祿克高精度功率標(biāo)準(zhǔn)源(以6100A/B，1010V、80A、16～850Hz為代表)、高精度功率分析儀（FLUKEnorma5000、WT3000）為標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行變頻和工頻電量的計量。

因此，在涉及使用變頻設(shè)備的油井電量測試設(shè)備選擇時，應(yīng)盡量選取非同步采樣算法的儀表。必須要求在低功率因數(shù)、寬頻變化、高次諧波條件下具有測量精度高，動態(tài)響應(yīng)特性好等性能。

此外，在變頻輸出端，由于輸出電能具有非正弦波、頻率變化范圍大，一般儀表無法在輸出端進(jìn)行準(zhǔn)確測量，可選在變頻輸入端安裝采集電能表，可確保計量的準(zhǔn)確性。

2.4 數(shù)字化改造措施

目前，電量計量儀表可供選擇范圍較大，按照下一步建設(shè)數(shù)字化油田的要求，機(jī)采井的電量計量應(yīng)向數(shù)字化、可監(jiān)控方向發(fā)展。因此，在計量儀表的選擇上，應(yīng)重點選擇具備模塊化、網(wǎng)絡(luò)化功能的儀表，要具備以下功能：可實時采集，利用終端控制對參數(shù)進(jìn)行采集并遠(yuǎn)程無線傳輸；具有數(shù)據(jù)處理功能，即在顯示的同時，可進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、查詢、報表及打印、網(wǎng)頁發(fā)布功能；具備遠(yuǎn)程調(diào)控功能，可按權(quán)限進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及運行調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)化管理，從而提高油井節(jié)能降耗的管理水平。

3 結(jié)論

1）通過進(jìn)行終端用能設(shè)備改造、選取合適電力計量儀表，可以實現(xiàn)單井電量計量與系統(tǒng)電量計量的統(tǒng)一，從而進(jìn)一步實現(xiàn)機(jī)采系統(tǒng)電量的準(zhǔn)確、有效計量。

2）在使用變頻設(shè)備的油井進(jìn)行電量計量時，應(yīng)在輸入端安裝非同步采樣算法的儀表，從而確保計量的準(zhǔn)確度。

3）在抽油機(jī)井電量計量時，應(yīng)考慮負(fù)功計量算法的影響，應(yīng)選取正向、反向有功及無功分開計量的電能表。

[1]薄保中.抽油機(jī)負(fù)功與電機(jī)功率測試儀表的合理選擇[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2000（2）：1-3.

[2]劉孝磁.潛油電泵井能耗預(yù)測方法[J].特種油氣藏，2008，15（6）：85-88.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.09.017

相陽，工程師，1996年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（石油工程專業(yè)），從事抽油機(jī)井節(jié)能技術(shù)研究工作，E-mail：dqxiangyang@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市第六采油廠工程技術(shù)大隊，163114。

2017-05-12

（編輯沙力妮）