趙永杰 劉鵬 趙闖 徐海亮 李軍（勝利油田河口采油廠）

1 現(xiàn)狀

目前油田現(xiàn)場通過信息化配套建設(shè)，實現(xiàn)了油水井生產(chǎn)參數(shù)的實時監(jiān)控，遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，但工況調(diào)整仍然存在以下問題：間開控制不靈活，對于間開周期相對較短的間開井，頻繁啟停井增加人工管理成本[1]；工況調(diào)整不及時，固定頻率運行，無法根據(jù)現(xiàn)場情況實時調(diào)整，不能滿足工況優(yōu)化需求[2]；階梯電價未利用，不能有效的配合不同時段電價進行間開周期調(diào)整，無法達(dá)到避峰填谷最佳運行效果，電耗成本較高[3-5]。

目前油田現(xiàn)場采用分時段電價計費，尖期電價是谷期電價的4.2倍，油田尖峰谷平時段見表1。充分利用分時段電價計費規(guī)則，峰期調(diào)高抽油機運行頻率，谷期降低運行頻率，可實現(xiàn)在油井產(chǎn)液量不變的情況下，節(jié)約大量電費。

表1 油田尖峰谷平時段

2 分時優(yōu)化控制技術(shù)

2.1 分時優(yōu)化控制原理

分時優(yōu)化控制系統(tǒng)在控制中心安裝分時優(yōu)化控制管理平臺，在現(xiàn)場控制柜內(nèi)安裝經(jīng)濟運行模塊，并借助信息化系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，通過已安裝的變頻器實現(xiàn)抽油機沖次調(diào)整，分時優(yōu)化控制原理見圖1。

圖1 分時優(yōu)化控制原理圖

1）信息傳輸。信息傳輸通過現(xiàn)場端與管理區(qū)設(shè)置的交換機、無線網(wǎng)橋、定向天線等實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸[6]。

2）指令下發(fā)。管理區(qū)生產(chǎn)指揮中心根據(jù)現(xiàn)場情況分時優(yōu)化控制管理平臺設(shè)定尖峰谷平期運行頻率，并通過網(wǎng)絡(luò)通訊下發(fā)至安裝在抽油機控制柜內(nèi)的經(jīng)濟運行模塊。經(jīng)濟運行模塊根據(jù)指令，定期調(diào)整抽油機運行頻率[7-8]。

3）指令執(zhí)行。經(jīng)濟運行模塊接收來自分時優(yōu)化控制管理平臺下發(fā)的調(diào)控指令，根據(jù)尖峰平谷期將一天的時間分成了8個時段，分別設(shè)置對應(yīng)時間段的運行頻率。經(jīng)濟運行模塊以有線方式與變頻器連接并通訊，時間段開始時經(jīng)濟運行模塊向變頻器輸出4～20 mA的模擬量信號，以此改變變頻器運行頻率，從而改變抽油機沖次，達(dá)到分時優(yōu)化控制的目的。

4）信息反饋?？刂乒駜?nèi)已安裝的RTU 采集抽油機沖次、變頻器頻率、電參數(shù)等現(xiàn)場運行參數(shù)，并通過已建的信息傳輸系統(tǒng)傳輸至管理區(qū)生產(chǎn)指揮中心安裝的生產(chǎn)指揮平臺及分時優(yōu)化控制管理平臺，實時了解現(xiàn)場分時優(yōu)化控制情況，技術(shù)人員根據(jù)反饋的信息及時調(diào)整控制策略。

2.2 分時優(yōu)化控制節(jié)電原理

油田抽油機電動機耗電一直是油田生產(chǎn)成本的重要部分，如何降低抽油機耗電費用是油田面臨的重要課題。通過研究，變頻器輸出功率與頻率的立方成正比[9]：

式中：P1為變頻器頻率調(diào)整前輸出功率，kW；P2為變頻器頻率調(diào)整后輸出功率，kW；n1為變頻器頻率調(diào)整前頻率，Hz；n2為變頻器頻率調(diào)整后頻率，Hz。

尖峰期降低變頻器頻率，變頻器輸出功率降低，峰期節(jié)電。谷期時適當(dāng)提高變頻器頻率，補充尖峰期減少的產(chǎn)液量，不同時段抽油機變頻頻率設(shè)定見圖2。由于谷期電價低，谷期耗電量提高，但電費增加的較少，達(dá)到不減少產(chǎn)能節(jié)省電費的效果。

2.3 分時優(yōu)化控制選井方法

實現(xiàn)分時優(yōu)化控制需要管理中心與油井現(xiàn)場通訊，并通過油井調(diào)節(jié)變頻器頻率實現(xiàn)抽油機沖次調(diào)整[10]。因此，油井現(xiàn)場為變頻控制、已完成信息化改造、油井無出砂等對抽油機沖次敏感的問題等均為選井的必要條件。同時，為達(dá)到分時優(yōu)化控制的節(jié)電目的，需要油井具有變頻器頻率的調(diào)節(jié)空間。對于間開油井、或者需要靈活調(diào)整抽油機工況的油井，也可以應(yīng)用分該技術(shù)，有效降低操作人員的勞動強度，選井條件見表2。

表2 選井條件

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

為驗證該技術(shù)的應(yīng)用效果在油田現(xiàn)場應(yīng)用150口油井，經(jīng)過階段跟蹤，產(chǎn)量基本不變情況下單井節(jié)約電費約30元/d，投資回收期4個月，平均單井能耗費用下降約1.02萬元/a。

以油田應(yīng)用的1口油井為例，該井改造前運行頻率45.5 Hz，供液不足。改造后尖、峰期供液正常，平、谷期微供液不足，日產(chǎn)液與改造前持平。日節(jié)電費38.1元，效果明顯，油井應(yīng)用情況統(tǒng)計見表3。

表3 油井應(yīng)用情況統(tǒng)計

圖2 不同時段抽油機變頻頻率設(shè)定

4 結(jié)論

抽油機井分時優(yōu)化控制運行技術(shù)目前已在勝利油田多個區(qū)塊現(xiàn)場應(yīng)用，經(jīng)過階段跟蹤，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。應(yīng)用于間開控制井，實現(xiàn)了靈活控制，避免了人工調(diào)整不及時的情況。降低機采能耗的同時，錯峰提液，合理利用階梯電價，實現(xiàn)節(jié)能降費。合理控制生產(chǎn)壓差，改善供排關(guān)系，延長了檢泵周期。建立統(tǒng)一管理的集控平臺，各項參數(shù)可視化管理，便于根據(jù)油井反饋實時調(diào)整，節(jié)省人力物力，提升油井信息化管理水平。以該技術(shù)為依托，可擴展應(yīng)用到油田注水泵控制、外輸控制等多個場合實現(xiàn)分時優(yōu)化控制，達(dá)到節(jié)能節(jié)電的效果，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。