机采井电量计量方法及措施探讨

相阳（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

机采井电量计量方法及措施探讨

相阳（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

机采井电量计量能为掌握油田电力消耗提供重要的依据，在降低电能损耗方面具有重要作用。目前机采系统一直缺乏可行的电量计量方法和有效手段，无法实现电量的有效计量。针对现场机采井用能设备特点提出电力计量措施和改造方法，并对多种计量方法进行评价，通过分析机采系统主要用能环节及用能设备，提出单井计量、数字化管理的方法。通过进行终端用能设备改造、电力计量仪表的选取实现单井电量计量与系统电量计量的统一，实现机采系统电量的准确、有效计量。

机采井；有功功率；变频；电量计量

目前，地面系统已基本实现电量的有效计量，而机采系统由于存在油井点多、线路与用电设备繁复的影响，目前仍未实现电量的有效计量，影响能耗统计与节能措施开展。因此，选取有效计算方法、选择合适的计量仪表以及采取有效实用的电器设备计量改造方式对于机采系统的电量计量及节能降耗至关重要。

1 电量计量方法

常规的电量计量方法包括模拟计算、瞬态测试以及电能表累计计量的方式。

1.1 模拟计算

在没有条件进行准确功率测试时，一般在用电设备处于工频的状态下均采取用单井实测电压、电流或功率因数按下式计算：

式中：P1——电动机输入功率，kW；

U入——输入电压，V；

I入——输入电流，A；

cosφ——功率因数。

在不具备功率因数测试条件下，其中抽油机井功率因数按0.35取（常规三相异步电动机），电泵井一般按0.8固定值计算，螺杆泵井功率因数按0.35取。

1.2 瞬态测试计量

目前测试油井能耗参数的主要方法是采用电参测试仪器直接测试，包括电流、电压、功率因数等，并依据结果计算有功功率和无功功率。标准仪器一般以日置3169及FLUKE433电能质量分析仪进行比对。

该计量方法能保证测试准确度，但用于累计计量电量，则存在以下不足：一是必须准确掌握油井生产时率情况；二是由于计量具有实效性，考虑到油井生产水平变化引起的能耗水平变化，用于累计计量则存在较大误差；三是测试计量工作量大，存在种种不确定性。

1.3 电表累计计量

可采用有功电度表进行累计电量的计量。目前主要包括数字式以及电子式电能表，分别可进行单相和三相电的计量。

2 电量计量措施

喇嘛甸油田机采井供电系统多采用一井单变或一井多变的方式，但是电动机拖动系统都采用单井单控的方式，目前的各种电动机控制系统大多没有单井电量计量仪表。通过对喇嘛甸油田机采系统用电状况和设备进行分析，可采取以下措施进行机采井电量的单井计量。

2.1 抽油机井电量计量

由于抽油机负荷属周期性脉动，并常伴有瞬时负功率，其输入功率往往难以准确测量。因此去除采取传统人力进行单井瞬态测试计量方法外，抽油机井电量的有效计量主要在于选取合适的电能表。

图1 实测抽油机电平衡曲线图

抽油机井倒发电对机械电能表计量误差有较大影响。如图1所示，该井在1个冲程周期内，出现负功和负功率因数情况，影响油井能耗的准确计量。目前电能表对于负功的处理基本分为三种方式，即按正值、负值叠加或按零值不计入。因此，传统机械式电能表无法对抽油机井进行准确的有效计量。

针对抽油机井传统控制柜可采用模块化电能表进行改造，一般应具有如下特点：可测量并显示所需电参数：三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率及有功无功电能；采取电压信号供电，无需供电电源；具有电能脉冲输出功能；针对目前控制柜的模块化设计，可采用标准导轨安装方式（35mm或DIN导轨卡装）；选取RS-485或RS-232通讯方式，今后数字化传输改造可直接接入。喇嘛甸油田目前大部分井电控装置均为模块化设计，可根据需要在输入端或输出端采取直接接入的方式安装单相或三相电子式导轨电能表[1]。

2.2 电泵井电量计量

电泵井接入电压较高，一般电动机电压在540～2100V之间，因此，常规测试仪无法有效计量，同时高电压测量存在安全隐患。目前电泵井电量计量可采取以下方法：按比例测量、对比计算；需要选择带有隔离互感器和分压功能的电能表，同时进行安全隔离和高压分压，在保证设备仪表及人工测试安全的前提下采用现场计量[2]。

鉴于此种情况，电泵井实测电量一般可按下式计算：

式中：P实测——有功功率，kW；

I——电流，I；

U——电压，V；

cosφ——功率因数。

按此计算，考虑电缆线损，计算能耗与现场测量较为一致（表1）。

表1 6口电泵井电动机参数及电量计算

2.3 变频器计量方法

目前喇嘛甸油田的抽油机井、螺杆泵井以及电泵井已广泛应用变频控制器，采用变频器驱动电动机具有节能效果明显、调节方便、维护简单等优点。但是装有变频的油井电量测量给计量带来较大问题。

变频电量计量与传统的工频电能计量有很大的区别，主要问题如下：变频器逆变部分多为三相桥式逆变器，其输出为非正弦波，一般为PWM波（脉冲宽度调制），常规仪表采用的测试计算方法不适用，测试计量误差很大；变频环境下会产生高次谐波，常规仪表会因为高次谐波引起误差，降低精度，甚至烧毁线圈，因此要求仪表必须具有较宽的测试带宽；目前国内外在电力测量中采用的通用算法是同步交流采样法，该算法要求被测信号的周期与采样周期保持整数倍即同步采样，否则会产生测量误差。但是由于同步采样法是在频率基本稳定的基础上进行，因此在频率经常发生大范围偏移并且频率还不稳定的变频环境下，应用同步跟踪算法会有很大的测量误差。

目前国内外普遍采用的变频电量计量方法为：以福禄克高精度功率标准源(以6100A/B，1010V、80A、16～850Hz为代表)、高精度功率分析仪（FLUKEnorma5000、WT3000）为标准表进行变频和工频电量的计量。

因此，在涉及使用变频设备的油井电量测试设备选择时，应尽量选取非同步采样算法的仪表。必须要求在低功率因数、宽频变化、高次谐波条件下具有测量精度高，动态响应特性好等性能。

此外，在变频输出端，由于输出电能具有非正弦波、频率变化范围大，一般仪表无法在输出端进行准确测量，可选在变频输入端安装采集电能表，可确保计量的准确性。

2.4 数字化改造措施

目前，电量计量仪表可供选择范围较大，按照下一步建设数字化油田的要求，机采井的电量计量应向数字化、可监控方向发展。因此，在计量仪表的选择上，应重点选择具备模块化、网络化功能的仪表，要具备以下功能：可实时采集，利用终端控制对参数进行采集并远程无线传输；具有数据处理功能，即在显示的同时，可进行数据存储、查询、报表及打印、网页发布功能；具备远程调控功能，可按权限进行远程控制，实现数据共享及运行调度的网络化管理，从而提高油井节能降耗的管理水平。

3 结论

1）通过进行终端用能设备改造、选取合适电力计量仪表，可以实现单井电量计量与系统电量计量的统一，从而进一步实现机采系统电量的准确、有效计量。

2）在使用变频设备的油井进行电量计量时，应在输入端安装非同步采样算法的仪表，从而确保计量的准确度。

3）在抽油机井电量计量时，应考虑负功计量算法的影响，应选取正向、反向有功及无功分开计量的电能表。

[1]薄保中.抽油机负功与电机功率测试仪表的合理选择[J].石油工业技术监督，2000（2）：1-3.

[2]刘孝磁.潜油电泵井能耗预测方法[J].特种油气藏，2008，15（6）：85-88.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.09.017

相阳，工程师，1996年毕业于大庆石油学院（石油工程专业），从事抽油机井节能技术研究工作，E-mail：dqxiangyang@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆市第六采油厂工程技术大队，163114。

2017-05-12

（编辑沙力妮）