1 概述

隨著吐哈油田建設(shè)大油田步伐的不斷深入，注、采液量逐步增加，油田能耗不斷上升，對(duì)節(jié)能工作的要求也越來越高。由于游梁式抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，易損件少，故障率低，維修簡單等優(yōu)點(diǎn)，油田采油設(shè)備以游梁式抽油機(jī)為主，抽油機(jī)的節(jié)能顯得尤其重要。但是大部分游梁式抽油機(jī)存在著啟動(dòng)困難，系統(tǒng)效率低等缺點(diǎn)，為了保證抽油機(jī)的啟動(dòng)，使得匹配的電機(jī)功率偏大造成大馬拉小車現(xiàn)象，用電效率非常低，同時(shí)由于電機(jī)不能調(diào)速，抽油機(jī)沖次不能及時(shí)調(diào)整，不能協(xié)調(diào)供排能力。

針對(duì)以上問題研制了抽油機(jī)井智能一體化控制柜。智能控制柜能自動(dòng)采集和傳輸油井功圖、壓力、溫度和電參量等數(shù)據(jù)，對(duì)油井工況進(jìn)行綜合診斷，改變了以往單純依靠動(dòng)液面變化來調(diào)節(jié)電機(jī)頻率的做法，而是根據(jù)綜合診斷結(jié)果優(yōu)化最佳變頻方案，有效杜絕了設(shè)備的空耗，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的，同時(shí)變頻技術(shù)的利用使抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，使設(shè)備選型更加合理。

2 智能控制柜的原理

智能控制柜由數(shù)據(jù)采集控制終端、變頻處理單元和變頻器組成。數(shù)據(jù)采集控制終端用于采集油井的基本數(shù)據(jù)（包括油井功圖、電參量、壓力、溫度等）、變頻器的變頻反饋信息，并將基本數(shù)據(jù)和變頻反饋信息通過CDMA（或GPRS）網(wǎng)絡(luò)傳送至變頻處理單元；變頻處理單元根據(jù)基本數(shù)據(jù)、變頻反饋信息、預(yù)存基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和綜合診斷，根據(jù)綜合診斷結(jié)果采用RL模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法^[1]對(duì)變頻參數(shù)進(jìn)行精細(xì)化優(yōu)化設(shè)計(jì)確定最優(yōu)變頻參數(shù)，再把所確定的最優(yōu)變頻參數(shù)轉(zhuǎn)換成變頻指令發(fā)送至數(shù)據(jù)采集控制終端；最后數(shù)據(jù)采集控制終端將變頻指令發(fā)送至變頻器從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油井電動(dòng)機(jī)的最佳變頻控制。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集—綜合診斷—分析優(yōu)化—遠(yuǎn)程變頻控制的閉環(huán)控制^[2]。

3 智能控制柜的功能

3.1 油井生產(chǎn)參數(shù)的采集

該智能控制柜可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程油井設(shè)備和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和傳輸：如油壓、油溫、理論泵排量、地面功圖等；對(duì)電參量計(jì)量、存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)監(jiān)測，以及記錄抽油機(jī)電機(jī)的電流、電壓、功率因數(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)即使現(xiàn)場無人值守的情況下也能及時(shí)掌握油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的變化。如圖1所示。

圖1 油井生產(chǎn)參數(shù)的采集

3.2 油井綜合產(chǎn)液量及系統(tǒng)效率等參數(shù)的分析計(jì)算

根據(jù)相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)生成示功圖、電流圖、功率圖等；實(shí)時(shí)進(jìn)行示功圖診斷分析，工況故障診斷分析；計(jì)算油井產(chǎn)液量、泵效、單井能耗、單機(jī)效率及整個(gè)區(qū)塊的平均系統(tǒng)效率等參數(shù)，從而對(duì)油井工況進(jìn)行綜合診斷。如圖2所示。

圖2 油井相關(guān)參數(shù)的分析計(jì)算

3.3 油井工況監(jiān)控和故障報(bào)警

實(shí)時(shí)報(bào)警程序的主要功能是對(duì)油井工況監(jiān)控和故障診斷結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，見圖3。安裝實(shí)時(shí)報(bào)警程序的任何計(jì)算機(jī)終端都能實(shí)時(shí)收到故障的語音、顏色、閃爍報(bào)警等。

圖3 油井工況監(jiān)控和故障報(bào)警

油井工況監(jiān)控報(bào)警是對(duì)工況監(jiān)控系統(tǒng)^[3]中發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行報(bào)警，比如：停電、停機(jī)、油壓異常、缺相及電流異常、皮帶打滑、防盜紅外監(jiān)控，曲柄銷松動(dòng)脫落等運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的突發(fā)性故障或嚴(yán)重超出界限值時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，給予提示，無應(yīng)答時(shí)能夠自動(dòng)緊急跳閘斷電，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的保護(hù)。故障診斷結(jié)果報(bào)警是對(duì)基于泵功圖的特征診斷出的油井故障進(jìn)行報(bào)警，比如：抽油桿斷脫、供液不足、氣鎖、氣體影響、凡爾漏失、泵筒彎曲、完全泵阻等進(jìn)行報(bào)警。

3.4 油井變頻控制

根據(jù)遠(yuǎn)程變頻控制利用功圖、壓力、溫度和電參量等數(shù)據(jù)對(duì)油井工況進(jìn)行綜合診斷，依據(jù)油井綜合診斷結(jié)果選擇最佳變頻方案，再利用優(yōu)化方法對(duì)變頻參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采油設(shè)備的最高效變頻控制，達(dá)到避免事故的發(fā)生和提高設(shè)備效率的應(yīng)用效果。如圖4所示。

圖4油井變頻控制界面

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2010年8月份開始，在吐哈油田溫米采油廠進(jìn)行設(shè)備的安裝和調(diào)試，在多口油井安裝了抽油機(jī)井智能控制柜。通過該智能控制柜在吐哈油田的現(xiàn)場應(yīng)用表明，與工頻運(yùn)行相比，變頻運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)大為提高，耗電量減少，噸液生產(chǎn)有功節(jié)電率達(dá)22.77%，無功節(jié)電率達(dá)-4.18%，綜合節(jié)電率達(dá)22.45%，增產(chǎn)節(jié)能效果顯著。經(jīng)過多次對(duì)各種井況及抽油機(jī)電參數(shù)綜合測試儀專門測定，系統(tǒng)效率比工頻運(yùn)行時(shí)提高0.95%～4.34%。測試數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 抽油機(jī)智能控制柜安裝前后測算結(jié)果對(duì)比

表2 抽油機(jī)智能控制柜應(yīng)用前后測算分析評(píng)價(jià)

使用該控制柜后，單口井年節(jié)電約2.1萬KW?h，電費(fèi)按0.6元/KW?h計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)約1.26萬元。每臺(tái)控制柜售價(jià)為1.45萬元，則成本回收期為1.15年。

5 結(jié)論

抽油機(jī)井智能控制柜在保留常規(guī)抽油機(jī)井配電柜全部功能的基礎(chǔ)上，以有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論為依據(jù)，通過增加對(duì)功圖、壓力、電量、油溫等參數(shù)連續(xù)采樣，對(duì)電機(jī)、抽油機(jī)、抽油泵工作狀況進(jìn)行綜合診斷，采用RL模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)變頻參數(shù)進(jìn)行精細(xì)化優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且通過變頻處理單元的處理結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)采油設(shè)備的最高效變頻控制，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)智能化閉環(huán)控制。吐哈油田溫米采油廠現(xiàn)場應(yīng)用表明，該智能控制柜采集數(shù)據(jù)可靠，工況分析準(zhǔn)確，頻率調(diào)整科學(xué)，現(xiàn)場應(yīng)用穩(wěn)定，達(dá)到提高油井產(chǎn)量和設(shè)備效率的目的。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 檀朝東等．油水井遠(yuǎn)程監(jiān)控液量自動(dòng)計(jì)量及分析系統(tǒng)．石油礦場機(jī)械，2007，36（1）：49～52．