姜兆輝（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)，低效井增多，導(dǎo)致舉升系統(tǒng)無(wú)用功較高，機(jī)采能耗剛性增長(zhǎng)，占總能耗的47.0%以上，平均單井日耗電156 kWh，能耗高；同時(shí)，產(chǎn)能油井投產(chǎn)應(yīng)用“一井一變”，變壓器投資高。因此，在產(chǎn)能區(qū)塊24口油井開(kāi)展直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，降低舉升系統(tǒng)能耗，降低變壓器投資。

1 技術(shù)原理

直流母線的群控模式是將同一平臺(tái)或相鄰多個(gè)平臺(tái)的油井共用一臺(tái)變壓器和一臺(tái)回饋整流裝置，將電壓380 V三相交流電轉(zhuǎn)變成540 V兩相直流電，直流電通過(guò)直流母線傳輸?shù)絾尉?，每臺(tái)抽油機(jī)配備直流電轉(zhuǎn)交流電逆變控制裝置，實(shí)現(xiàn)了直流母線電流輸送、饋能利用、減容、油井變頻調(diào)速的群控管理[1-3]。

直流母線采油井群控系統(tǒng)原理[4]見(jiàn)圖1，是在多臺(tái)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)交流運(yùn)行過(guò)程中，采用1臺(tái)回饋整流裝置為各電動(dòng)機(jī)提供共用直流電源。電動(dòng)機(jī)通過(guò)逆變終端直接掛接在直流母線上。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，逆變終端從直流母線上吸收電能；當(dāng)電動(dòng)機(jī)倒發(fā)電時(shí)，倒發(fā)電立即饋入母線為其他逆變終端共享[5]，達(dá)到節(jié)能目的。

圖1 直流母線群控系統(tǒng)原理Fig.1 Schematic diagram of DC bus group control system

直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：

一是采用同一回饋整流裝置的直流母線為多臺(tái)逆變控制裝置供電的群控方式，可減少變壓器數(shù)量[6]。

二是采用公共直流母線上各逆變控制終端之間的饋能利用，使電動(dòng)機(jī)的倒發(fā)電饋能循環(huán)利用，提高了節(jié)能效率，避免能量倒灌沖擊[7]。

三是實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)壓節(jié)能控制方法與保護(hù)功能的有機(jī)結(jié)合，降低維護(hù)成本。

四是直流電源采用540 V電壓供電提高了電網(wǎng)系統(tǒng)安全性，杜絕了盜電現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)省生產(chǎn)成本[8]。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2.1 區(qū)塊概況

試驗(yàn)區(qū)塊2021年基建完成37口井，布井設(shè)計(jì)井排方向采用424×212 m（即300×300 m正方形井網(wǎng)旋轉(zhuǎn)45°）的菱形井網(wǎng)開(kāi)發(fā)。其中油井27口，水井10口，區(qū)塊平臺(tái)劃分情況見(jiàn)表1，5個(gè)平臺(tái)布井（1#平臺(tái)6口井、2#平臺(tái)5口井、3#平臺(tái)10口井、4#平臺(tái)7口井、5#平臺(tái)6口井），3口代用井為單井。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該區(qū)塊共有27口油井，分5個(gè)平臺(tái)布井、3口單井。3口單井不適用直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)，因此在5個(gè)平臺(tái)24口油井開(kāi)展直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)試驗(yàn)見(jiàn)表1。

表1 直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)應(yīng)用情況Tab.1 Application of group control energy saving technology for DC bus oil production wells

通過(guò)應(yīng)用直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)，減小了變壓器數(shù)量及功率容量，使變壓器在最佳狀態(tài)運(yùn)行，變壓器由8臺(tái)減少到4臺(tái)，變壓器功率容量由640 kVA降到340 kVA。

2.3 效益分析

直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)配置方案見(jiàn)圖2，具體投資構(gòu)成如下：回饋整流裝置4套（5個(gè)平臺(tái)，1#、2#、5#平臺(tái)各配一套回饋整流裝置，3#、4#平臺(tái)共配一套回饋整流裝置），每套24.34萬(wàn)元，每套硬件包括整流裝置、分線箱、逆變調(diào)控箱等，4套共計(jì)97.36萬(wàn)元；逆變控制裝置24套，每套2.43萬(wàn)元，共計(jì)58.32萬(wàn)元。

圖2 直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)配置方案Fig.2 Configuration scheme of DC bus oil well group control energy saving technology

變壓器投資：變壓器由8臺(tái)減少到4臺(tái)，節(jié)省變壓器投資17.11萬(wàn)元，變壓器投資對(duì)比情況見(jiàn)表2。

表2 變壓器投資對(duì)比情況Tab.2 Comparison of transformer investment

配電投資：24口井直流母線采油井群控節(jié)能系統(tǒng)投資155.68萬(wàn)元，常規(guī)設(shè)計(jì)多功能調(diào)速裝置投資95.60萬(wàn)元，投資增加60.08萬(wàn)元。

節(jié)電效益：通過(guò)對(duì)試驗(yàn)區(qū)塊2#平臺(tái)3口八型抽油機(jī)油井采用電表測(cè)試，單井日耗電124.3 kWh；未采用直流母線群控技術(shù)3口八型抽油機(jī)井，單井日耗電156.0 kWh。通過(guò)對(duì)比，采用直流母線群控技術(shù)八型抽油機(jī)單井日節(jié)電31.7 kWh，節(jié)電率20.32%。該區(qū)塊24口井年節(jié)電27.22×104kWh，節(jié)省電費(fèi)17.15萬(wàn)元。

通過(guò)試驗(yàn)直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)，投資增加60.08萬(wàn)元，節(jié)省變壓器投資17.11萬(wàn)元，預(yù)計(jì)年可節(jié)省電費(fèi)17.15萬(wàn)元，投資回收期2.5年。運(yùn)行10年，可創(chuàng)效128.53萬(wàn)元。

3 結(jié)論

1）通過(guò)應(yīng)用直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)，減小了變壓器數(shù)量及功率容量，使變壓器在最佳狀態(tài)運(yùn)行，變壓器由8臺(tái)減少到4臺(tái)，變壓器功率容量由640 kVA降到340 kVA。

2）直流母線采油井群控節(jié)能技術(shù)節(jié)能效果顯著，節(jié)電率達(dá)到20.32%。

3）采用公共直流母線上各逆變控制終端之間的饋能利用，使電動(dòng)機(jī)的倒發(fā)電饋能得以循環(huán)利用，提高了節(jié)能效率，避免能量倒灌沖擊[9]。

4）直流電源采用540 V電壓供電提高了電網(wǎng)系統(tǒng)安全性，杜絕了盜電現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)省生產(chǎn)成本[10]。