机采井电量计量及异常耗电预警装置研究与应用

赵向茹（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

目前机采井电量计量工作仍存在以下不足之处：一是机采井电量计量使用的是3169电能测试仪，每年普测1次，测试结果受随机性影响较大，能耗波动几乎不能及时发现，不能准确跟踪单井能耗变化[1-3]；二是机采系统耗电量采用的是分配值，没有准确的计量装置，耗电量只能用3169电能测试仪每年普测1次得到的的消耗功率和生产时间进行估算，数据准确性差；三是现有的电量计量设备成本高，经济适用性差，不能大规模应用。

针对上述不足，为了解决机采井电量计量数据模糊，使治理针对性受到影响的问题，开展了机采井电量计量及异常耗电预警系统的研究。在考察现场实际的基础上，开发一种较低成本的电能自动计量及预警系统，系统结构简化，系统实时采集井口数据，保证了资料的客观性和准确性，当电量波动超范围时及时提出预警，对提高工作效率及现场事故应急处理等都具有非常重要的意义。

1 工作原理

该装置采用电流电压互感器及电参数综合采集模块，实现三相电压、三相电流等数据采集，计算后的数据实现在线储存、实时显示、查询等功能。通过专用单片机程序，直接读写存储器中的记录文件数据，实现数据移动存储及耗电量异常预警提示[4-5]。应用配套后台数据库，完成历史数据的反演、分析，并能进行查询、统计、报表、打印等功能。

1.1 电参数采集与存储

对机采井三相电流、三相电压、三相有功功率、三相无功功率、三相有功电能、三相无功电能、功率因数、累计电量等电参数进行测量与数据采集，然后将采集到的电参数存储在装置内部的非易失性电擦除存储器EEPROM中，可随时被电动机保护系统、平衡测量系统、5 min电量测量系统调用。当需要将数据抄回管理主机时，只需连接移动存储抄表器，系统即可自动将数据管理平台所需的数据打包传输至抄表器中，从而实现多采集点海量数据的移动转储功能[6]（图1）。

图1 电参数采集原理图

传统的大数据量移动存储设备基本都是商用级别的，野外环境下因温湿度波动范围较宽无法使用。为解决此问题，专门设计了工业级的大容量移动数据转储设备，可以在大庆的野外环境正常工作。

1.2 数据管理平台

数据管理平台采用简单易用的自动表格生成模式，将工作需要的报表格式嵌入管理软件中，只需点击自动抄表图标即可完成所管理的多口油井数据的自动抄收、错误校验、自动制表等工作，极大地减轻了管理人员的工作量。管理软件界面如图2所示。

传统的数据管理平台一般只是数据的堆砌展示，工作中可能需要多种上报用的报表，格式也经常会有所变化，传统的数据管理平台使用起来灵活性欠佳。同时传统的数据管理平台操作也比较复杂，对管理人员要求高。此次研制的管理平台内嵌EXCEL表格自动输出功能，抄表同时可自动生成报表。同时平台简化了操作界面，实现了一键操作就可完成所有工作。

1.3 异常耗电预警系统

现场采集装置具有耗电异常预警功能，耗电量时实与前一个测量周期对比，当发现耗电量超出±20%时，报警灯闪烁，提醒现场人员检查耗电量异常。而数据管理平台在每次自动抄表过程中，自动对比耗电量，当与前一天电量比较超±20%时，对超标的异常井进行标注提醒，方便管理人员识别。

2 现场试验

将机采井电量计量及异常耗电预警系统进行现场试验，在130口机采井安装机采井电量计量及异常耗电预警装置，采集电参数，并对其运行情况进行监测。

2.1 电量监测

机采井电量计量及异常耗电预警装置最基本的功能就是对机采井的耗电情况进行监测，首先就是要保证所测量数据的客观性与准确性。通过对机采井电量计量及异常耗电预警装置所采集的数据与通过测该井消耗的功率和生产时间计算耗电量的数值进行对比，来验证其数据的准确性。

选取12口井来进行对比，每口井每天运行24 h，测量连续运行10天的耗电量，机采井电量计量及异常耗电预警装置与3169电能测试仪同时测试，取消功率测试的随机性。将机采井电量计量及异常耗电预警装置所测得的耗电量的平均值与3169电能测试仪测量得到的消耗功率计算得到的耗电量做对比（表1）。通过计算，二者的误差率为3.8%，说明了机采井电量计量及异常耗电预警装置所采集的数据的准确性。

表1 12口井电量数据对比

2.2 电量异常井监测

由于机采井电量计量及异常耗电预警装置能够测量机采井每天的耗电量，根据测量数据能够看出耗电异常的井。根据现场监测的数据看，1#机采井耗电出现异常现象，每天的耗电量有明显增加，如表2所示，由于数据采集量较多，这里只选取一部分。对该井进行示功图测量，并与之前的示功图进行对比分析，如图3所示。查看该井动液面、泵深、泵径等参数并无波动，推测该井出现蜡影响现象，对该井及时进行了热洗处理，示功图恢复正常。由此可见，机采井电量计量及异常耗电预警装置在判断故障井，及时处理故障方面具有重要意义。

2.3 间抽井监测

机采井电量计量及异常耗电预警装置还可以监测间抽井的运行情况。表3为2#间抽井每天的耗电情况监测数据，由于采集的是当月数据，这里只取一部分。从该井的耗电监测数据可以看出，该井的间抽制度为抽3天停1天，从18号开始改为抽1天停1天。由此可见，机采井电量计量及异常耗电预警装置能够准确监测机采井的运行情况。

图3 1#井故障处理前后示功图对比

表3 2#井电量测量

2.4 平衡率的计算

通过测试、录取电流，在程序中加入电流法计算平衡比的公式，自动完成平衡比计算，减少了测试工作量。同时给监测的电参数数据无线远传，设计保留远传功能。表4为10口机采井电量计量及异常耗电预警装置和采用电流表测量机采井的上、下冲程的电流值计算的平衡率的对比，误差率为3.1%。

表4 10口井平衡率数据对比

3 结论

1）监测耗电后，盗电发现及时，每口井年减少耗电约100 kWh，电价按0.64元/kWh计算，年减少耗电1.3×104kWh，年创经济效益0.832万元。

2）监测后不平衡井发现及时、调整及时，根据大数据统计，平均每年单井调整4次，年节电4.05×104kWh，年创经济效益2.59万元。

3）实施后，可减少2人测试电参数，人员佣工按10万元/a计算，节省支出费用20万元。

合计年创经济效益23.42万元。该装置投入经费14.98万元，投入产出比为1∶1.56。

机采井电量计量及异常耗电预警装置的设计，对各单井日耗电量进行量化评价，可有效解决机采井电量计量数据模糊的问题，实现机采井电参数在线显示、计算、回放，对耗电量异常井发出预警，故障发现及时，实现数据后台跟踪对比的功能。对现场事故应急处理有非常重要的意义，并为方便有效地进行节能管理工作提供了新的思路与方法。

参考文献：

[1]朱益飞.降低单井电量计量误差的措施与途径[J].石油工业技术监督，2012（2）：51-53.

[2]姜海涛.单井电量计量在节能对标方面的应用[J].油气田地面工程，2013，32（9）：100.

[3]相阳.机采井电量计量方法及措施探讨[J].石油石化节能，2017（9）：44-46.

[4]王方.机采井数据远传实时监控系统[J].工程技术，2009：131.

[5]陈华，朱尧君.移动存储的发展及未来趋势[J].信息与电脑（理论版），2014（3）：66-67.

[6]李威，张仁友，董博，等.支持USB移动存储的车辆综合参数采集系统[J].信息系统工程，2014（4）：125-126.