基于伺服控制的供配电集控一体化技术在油田丛式井上的应用

刘会（大港油田公司第六采油厂，天津 大港 300280）

基于伺服控制的供配电集控一体化技术在油田丛式井上的应用

刘会（大港油田公司第六采油厂，天津 大港 300280）

本文针对油田偏远地区丛式井地面建设周边无可靠电源的特点，提出一种基于伺服控制的供配电一体化技术，通过现场应用，取得了降低地面投资、减少设备能耗、提高数字化程度等多项成果，具有良好的使用前景。

伺服系统；自控系统；集控一体化

在油田，抽油机仍是目前耗电量最大的用电设备，用电量约占油田总用电量的40%以上，但运行效率非常低，平均运行效率只有25%，功率因数低，电能浪费大。

造成抽油机运行效率低的因素很多，如传动装置的损耗、油杆提升过程中的损耗、泵的损耗等，但从电机而言，主要是由于考虑到电机启动时会产生2-3倍的冲击电流，需要电机配置预留部分容量，也就造成电机负载率过低，电机不在最佳运行效率区间运行，效率过低。

HSS井区为2012年新建油井产能，该井场周边方圆两公里内虽然有地方10KV电源，但该电源供电可靠性较低，不能满足井区地供电需求，为此需要配置其它电源。该井场内井数共计13口，井深均在1100m左右，采抽设备选用5型抽油机。若采用常规配置，需配备11KW电动机和15KW变频器各13台，动力设备则需采用1台200KW燃油发电机。

按照以上配置，前期投资在100万元左右，参照其它井区单井日柴油20L核算，该井区年耗油量可达到94900L，为此，需要寻求一项技术，不仅能节约投资成本，而且能极大降低运行成本。

1 基于伺服控制的供配电集控一体化技术原理及构成

1.1 系统总体结构

系统主要由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括：动力控制系统、参数采集系统；软件系统包括：数据解析处理系统、诊断报警系统、参数调控系统、WEB服务系统、移动终端。系统可根据生产需求，对井场内套压、采液量、产气量、倾角传感器、伺服电机和发电机运行参数进行采集，并通过倾角传感器对井下参数进行推算。

1.2 伺服控制系统

伺服系统一般由伺服控制器和伺服电机构成。伺服控制器控制的三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给控制器，控制器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。根据伺服器系统在韩城地区实验效果分析得出，伺服系统具有以下优势：

伺服电机调速系统的调速范围较宽，适于变负载状况下的调速，尤其是低速下的可控调速。

伺服电机的启动转矩较大，使得设备选型时的范围较宽，同时可以实现集中控制，能降低装机容量和总体投资。

1.3 软件系统

数据采集解析系统的主要功能为接收各油井上传的测试数据，对其进行解析处理，然后储存，未诊断与监测、WEB服务、PC终端及手持终端提供原始数据。及服务器作为主机，接收油井监控模块的数据的上传，完成一个基于WEB服务器的数据接收解析程序。

诊断报警主要功能是对数据解析系统接收的实时数据进行处理计算。结合油井的排采阶段，利用采集数据与理想情况进行对比。对异常数据进行诊断报警，并为参数调整提供理论依据。同时，为WEB用户及手持机用户提供数据层。

油井参数调控系统为油井的参数调整部分，根据诊断报警的结果，人为或自动调整油井的生产制度，使油井能够有效的运行，减少因为生产制度因素减少油井采收率的影响。

WEB服务系统根据可油井业务需要，提供包括油井的基础数据，实时生产情况，历史生产情况，排采曲线、动液面曲线等图形展示。

2 供配电集控一体化技术现场试验

2.1 现场优化设计

2.1 .1 原设计方案

按照通常配置，HSS井区选用11KW伺服电机，控制柜采用1拖4设计，13口井配套4台，发电机需用200KW燃油发电机。

2.1 .2 基于伺服控制的供配电集控一体化技术方案

根据优化设计，HSS井区选用7.5KW伺服电机，控制柜采用1拖4设计，13口井配套4台，发电机需用80KW燃油发电机。主要配套设备见表3。

2.2 现场运行情况

HSS井组自2012年11月4日投产至今，除期间出现故障两次因气温过高导致风扇烧毁故障外，运行一直很稳定，且经更换电扇后问题解决。

2.3 经济效益分析

为保证比较结果的准确性，现选取YX-06（4井式）、YX-07（5井式）和YX-24（4井式）3座井场13口井的一个月的燃油消耗情况与合试4井场进行对比分析。3座井场均采用五型机作为采抽设备，发电机功率为80Kw，采用11Kw电动机和15Kw变频器进行调控。

3 结语

从目前试验的情况分析，伺服器系统可以实现排采设备节能50%的目标，适合油井排采节能要求；故障率较低，运行稳定，具有良好的生产适应性，对油井稳定连续排采具有积极作用；其自动与人工干预的优化调控技术，可有效提升管理水平和开发效益，并有效降低用工需求和单井管理成本。

刘会（1971-），工程师，主要从事油田电力管理及自动化技术的研究和应用工作。