1 概述

隨著吐哈油田建設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，對節(jié)能工作的要求也越來越高。由于游梁式抽油機具有結構簡單，易損件少，故障率低，維修簡單等優(yōu)點，油田采油設備以游梁式抽油機為主，抽油機的節(jié)能顯得尤其重要。但是大部分游梁式抽油機存在著啟動困難，系統(tǒng)效率低等缺點，為了保證抽油機的啟動，使得匹配的電機功率偏大造成大馬拉小車現(xiàn)象，用電效率非常低，同時由于電機不能調(diào)速，抽油機沖次不能及時調(diào)整，不能協(xié)調(diào)供排能力。

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

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、預存基礎數(shù)據(jù)進行分析和綜合診斷，根據(jù)綜合診斷結果采用RL模糊神經(jīng)網(wǎng)絡算法^[1]對變頻參數(shù)進行精細化優(yōu)化設計確定最優(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)送至變頻器從而實現(xiàn)對油井電動機的最佳變頻控制。整個過程實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集—綜合診斷—分析優(yōu)化—遠程變頻控制的閉環(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

該智能控制柜可實現(xiàn)遠程油井設備和生產(chǎn)動態(tài)資料數(shù)據(jù)的自動化采集和傳輸：如油壓、油溫、理論泵排量、地面功圖等；對電參量計量、存儲與實時監(jiān)測，以及記錄抽油機電機的電流、電壓、功率因數(shù)等，從而實現(xiàn)即使現(xiàn)場無人值守的情況下也能及時掌握油井生產(chǎn)動態(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)的分析計算

根據(jù)相關監(jiān)測數(shù)據(jù)自動生成示功圖、電流圖、功率圖等；實時進行示功圖診斷分析，工況故障診斷分析；計算油井產(chǎn)液量、泵效、單井能耗、單機效率及整個區(qū)塊的平均系統(tǒng)效率等參數(shù)，從而對油井工況進行綜合診斷。如圖2所示。

圖2 油井相關參數(shù)的分析計算

3.3 油井工況監(jiān)控和故障報警

實時報警程序的主要功能是對油井工況監(jiān)控和故障診斷結果進行實時報警，見圖3。安裝實時報警程序的任何計算機終端都能實時收到故障的語音、顏色、閃爍報警等。

圖3 油井工況監(jiān)控和故障報警

油井工況監(jiān)控報警是對工況監(jiān)控系統(tǒng)^[3]中發(fā)現(xiàn)的故障進行報警，比如：停電、停機、油壓異常、缺相及電流異常、皮帶打滑、防盜紅外監(jiān)控，曲柄銷松動脫落等運行時出現(xiàn)的突發(fā)性故障或嚴重超出界限值時，系統(tǒng)能及時發(fā)出聲光報警，給予提示，無應答時能夠自動緊急跳閘斷電，實現(xiàn)對機組的保護。故障診斷結果報警是對基于泵功圖的特征診斷出的油井故障進行報警，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、完全泵阻等進行報警。

3.4 油井變頻控制

根據(jù)遠程變頻控制利用功圖、壓力、溫度和電參量等數(shù)據(jù)對油井工況進行綜合診斷，依據(jù)油井綜合診斷結果選擇最佳變頻方案，再利用優(yōu)化方法對變頻參數(shù)進行優(yōu)化，從而實現(xiàn)對采油設備的最高效變頻控制，達到避免事故的發(fā)生和提高設備效率的應用效果。如圖4所示。

圖4油井變頻控制界面

4 現(xiàn)場應用效果

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

表1 抽油機智能控制柜安裝前后測算結果對比

表2 抽油機智能控制柜應用前后測算分析評價

使用該控制柜后，單口井年節(jié)電約2.1萬KW?h，電費按0.6元/KW?h計算，年節(jié)約電費約1.26萬元。每臺控制柜售價為1.45萬元，則成本回收期為1.15年。

5 結論

抽油機井智能控制柜在保留常規(guī)抽油機井配電柜全部功能的基礎上，以有桿抽油系統(tǒng)設計理論為依據(jù)，通過增加對功圖、壓力、電量、油溫等參數(shù)連續(xù)采樣，對電機、抽油機、抽油泵工作狀況進行綜合診斷，采用RL模糊神經(jīng)網(wǎng)絡算法對變頻參數(shù)進行精細化優(yōu)化設計，并且通過變頻處理單元的處理結果實現(xiàn)對采油設備的最高效變頻控制，實現(xiàn)抽油機智能化閉環(huán)控制。吐哈油田溫米采油廠現(xiàn)場應用表明，該智能控制柜采集數(shù)據(jù)可靠，工況分析準確，頻率調(diào)整科學，現(xiàn)場應用穩(wěn)定，達到提高油井產(chǎn)量和設備效率的目的。

參考文獻：

[1] 丁寶等．RL模糊神經(jīng)網(wǎng)絡及其在采油控制中的應用．控制工程，2002，9（6）：57~59．

[2] 檀朝東等． 基于綜合診斷的油井變頻控制系統(tǒng)技術的研究．石油礦場機械，2011,40(3):9-12．

[3] 檀朝東等．油水井遠程監(jiān)控液量自動計量及分析系統(tǒng)．石油礦場機械，2007，36（1）：49～52．