深圳市合興加能科技有限公司 李阜林

Shenzhen IPC Co., Ltd. Lifulin

摘要：本文主要介紹了深圳市合興加能科技有限公司IPC抽油機(jī)智能控制柜在新疆火燒山油田的應(yīng)用。IPC抽油機(jī)智能控制柜核心控制器采用抽油機(jī)專用控制程序和數(shù)字回饋技術(shù)，并能自動(dòng)按抽油機(jī)的設(shè)定上下沖次運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)備有旁路功能，其控制性能可靠，操作簡(jiǎn)單，節(jié)能效率高。本文僅以火燒山油田抽油機(jī)為例分析，為IPC-PUS系列控制柜在抽油機(jī)系統(tǒng)最佳應(yīng)用提供推廣的方案。 關(guān)鍵詞：抽油機(jī) PUS智能控制柜 能量回饋

Abstract: This paper mainly presents the application of IPC PUS to Beam Pumper of HuoShaoShan，The core controller of IPC-PUS series control system use pumping unit dedicated control program and digital feedback technology and it can automatically run by setting in advance. The whole system has a bypass function ,its control scheme reliable performance and simple operation and high efficiency for energy- saving.Taking HuoShaoShan oil field as an example，this paper analyzes its application and provides IPC-PUS series control system in the pumping unit system optimal application promotion scheme.

Key words: beam pumper IPC-PUS control system energy feedback

一、 引言

能源是現(xiàn)代工業(yè)生命的基礎(chǔ)，石油依然是工業(yè)的主要能源。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)石油消費(fèi)量顯著增加，國(guó)際石油價(jià)格也處于不斷的波動(dòng)中，石油天然氣等能源產(chǎn)業(yè)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)中的地位越來(lái)越高，廣泛影響著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。有效控制生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，提高油氣生產(chǎn)的工作效率，降低能耗，提升油田的整體信息化是目前石油開采作業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

IPC抽油機(jī)智能控制柜（PUS）核心部分技術(shù)來(lái)自加拿大，是根據(jù)油田抽油機(jī)特殊工況，由Albert油田設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，美國(guó)Smart Chip公司生產(chǎn)應(yīng)用。PUS采用抽油機(jī)專用控制程序和數(shù)字回饋技術(shù)，并備有工頻旁路，預(yù)留有通訊接口。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合油田生產(chǎn)要求，極大的改善采油作業(yè)工藝，并且節(jié)能效果顯著，已被各大油田單位列為優(yōu)選產(chǎn)品推廣應(yīng)用。

二、 火燒山油田抽油機(jī)應(yīng)用分析

新疆火燒山油田屬于裂縫性低滲砂巖油藏，勘探開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入中后期。火燒山油田普遍采用游梁式抽油機(jī)方式，而所用的抽油機(jī)系統(tǒng)普遍存在效率低、能耗大等情況。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，采油井的供液能力隨時(shí)都有變化，需要對(duì)抽油系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行及時(shí)而合理的調(diào)整，其中抽油機(jī)沖次的調(diào)節(jié)尤為重要。一般通過(guò)更換電機(jī)皮帶輪調(diào)沖次，抽油機(jī)沖次一般只有三、五檔，造成采油效率降低，能耗加大。

為改善采油作業(yè)工藝、降低能耗、提高效率，增強(qiáng)抽油機(jī)系統(tǒng)的智能化程度，系統(tǒng)升級(jí)改造方案應(yīng)運(yùn)而生，其系統(tǒng)主要由磕頭機(jī)、智能控制柜、電動(dòng)機(jī)、傳感器等部分組成。傳感器采集抽油機(jī)位置信息，為判斷抽油機(jī)驢頭位置提供依據(jù)，智能控制柜對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行控制，電動(dòng)機(jī)接入控制柜驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)按需要的沖次運(yùn)轉(zhuǎn)。

井場(chǎng)提供380V/50HZ輸入交流電源，根據(jù)油井負(fù)荷不同，火燒山油田各井場(chǎng)的抽油機(jī)配備的電動(dòng)機(jī)功率將有所不同，本文僅以火12井為例進(jìn)行分析。

三、 方案分析

火12井電機(jī)主要參數(shù)如下表所示。

表格 1

火12井抽油機(jī)電機(jī)主要參數(shù)

考慮到新疆冬夏溫差大，冬天現(xiàn)場(chǎng)最低溫可能達(dá)-40℃，夏天地表最高溫可達(dá)80℃，柜內(nèi)電氣元件均作了降容考慮，據(jù)此，配備如下控制柜。
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表格 2

抽油機(jī)智能控制柜參數(shù)

為適應(yīng)隨時(shí)而來(lái)的大風(fēng)沙，柜體結(jié)構(gòu)作了嚴(yán)密的防塵保護(hù)設(shè)計(jì)，如下圖。

圖1 PUS抽油機(jī)智能控制柜及雙層防風(fēng)沙結(jié)構(gòu)

正常運(yùn)行時(shí)，抽油機(jī)采用智能控制模式，當(dāng)此模式下抽油機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可切旁路至工頻通道，確保油井在維修時(shí)正常運(yùn)行。

四、 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

按照工況控制要求安裝井場(chǎng)變頻控制柜，按標(biāo)準(zhǔn)程序檢查好柜內(nèi)外接線，對(duì)智能控制柜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，IPC-PUS都能出色的完成試驗(yàn)任務(wù)。

依據(jù)SY/T5264-2006《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》、SY/T6422《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測(cè)定》中的有關(guān)部分，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，使用先進(jìn)的3169-20電能綜合測(cè)試儀和SGH2000-1型抽油井測(cè)試儀，油田節(jié)能檢測(cè)中心對(duì)本井與其他標(biāo)準(zhǔn)井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)試。以下為火12部分檢測(cè)數(shù)據(jù)。

表格3?火12部分運(yùn)行數(shù)據(jù)?

由上表可知，火12井在降低產(chǎn)液?jiǎn)魏牡幕A(chǔ)上降低了總體耗電，不僅如此，使用PUS油田專用智能控制柜之后，提高了抽油機(jī)系統(tǒng)效率。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件下，通過(guò)對(duì)比測(cè)試，油井的有功節(jié)電率為32.7%。，功率因數(shù)也大為提高。

通過(guò)對(duì)PUS控制柜在其他油井的檢測(cè)，其節(jié)能效果令人滿意。通過(guò)測(cè)試，油井的平均有功節(jié)電率為27.3%~37.3%，節(jié)電效果因井而異。除此之外，油井平均系統(tǒng)效率提高8個(gè)百分點(diǎn)。

PUS智能控制柜使用操作方便，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性極強(qiáng)，自上井至今依然保持零故障運(yùn)行，極大的改善了采用工藝和運(yùn)行成本。

五、 IPC-PUS抽油機(jī)智能控制柜優(yōu)勢(shì)

IPC-PUS系列抽油機(jī)智能控制柜根據(jù)抽油機(jī)工況專門設(shè)計(jì)，具有自身的優(yōu)勢(shì)。

⑴ 采用數(shù)字回饋技術(shù)，更加節(jié)能。因?yàn)榱菏匠橛蜋C(jī)的運(yùn)行狀況并非是恒轉(zhuǎn)速狀態(tài)，其運(yùn)行狀態(tài)是：上沖程和下沖程。若配重不平衡時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于頻繁的深度的發(fā)電和電動(dòng)交替的狀態(tài)。用在抽油機(jī)上的普通的變頻柜和節(jié)能裝置，一般是外接一個(gè)制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，把抽油機(jī)下行過(guò)程中產(chǎn)生的電量消耗在制動(dòng)電阻上。IPC-PUS采用國(guó)際領(lǐng)先的數(shù)字回饋技術(shù)，將電動(dòng)機(jī)發(fā)出來(lái)的電能將回饋到原電網(wǎng)，獲得節(jié)能效果，IPC-PUS系列抽油機(jī)智能控制柜比普通通用變頻柜多節(jié)能15～25％。熱損耗為電阻制動(dòng)的3％以下。

⑵ 性能品質(zhì)超高。IPC-PUS從接觸器到繼電器、從電解電容至控制芯片均采用業(yè)內(nèi)知名品牌，性能品質(zhì)超高，完全為油田的惡劣環(huán)境而設(shè)計(jì)配置。

⑶ 采用抽油機(jī)專用應(yīng)用程序，但顯示明了、操作簡(jiǎn)單，適于普通采油工直接調(diào)試，無(wú)需手冊(cè)及操作手冊(cè)。

⑷ 根據(jù)磕頭機(jī)運(yùn)行工況針對(duì)性設(shè)計(jì)，可直接顯示和調(diào)節(jié)沖次，根據(jù)單井工況調(diào)定上下沖程最佳運(yùn)行沖次，并可基于此設(shè)計(jì)全自動(dòng)控制方案。

⑸ 提供上下沖程沖次自動(dòng)運(yùn)行。通過(guò)傳感器檢測(cè)抽油機(jī)驢頭的位置，控制柜將按預(yù)先設(shè)定的上下沖次運(yùn)行。

⑹ 內(nèi)置輸入濾波裝置，全程噪聲過(guò)濾，諧波含量低，電壓畸變率一般在3%以下。

除此之外，采用PUS系列控制柜將有如下基本優(yōu)點(diǎn)。

⑴ 可任意的調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖次，提高抽油機(jī)系統(tǒng)效率，增加產(chǎn)液量。在初期油井中，由于油井剛開采，儲(chǔ)油量大。為提高采油功效，我們可以提高抽油機(jī)的沖次，其采油量也相應(yīng)提高。而在中、后期油井采集中，由于井中原液儲(chǔ)量減少，供液不足，因而我們采用調(diào)低抽油機(jī)的沖次和選用上快下慢的控制方式，可根據(jù)泵的充滿負(fù)荷度動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)沖次，提高泵充滿系數(shù)及排量系數(shù)，達(dá)到更加節(jié)能與增產(chǎn)的運(yùn)行效果。

⑵ 提高網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)。原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，滿載時(shí)功率因數(shù)為0.81左右，實(shí)際運(yùn)行功率因數(shù)遠(yuǎn)低于0.7。采用PUS智能控制系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)甚至可提高到0.9以上，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償裝置就能大大的減少無(wú)功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。

⑶ 設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用下降。采用PUS智能控制系統(tǒng)后，可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流不超過(guò)電機(jī)額定電流的1.2倍，對(duì)電網(wǎng)無(wú)任何沖擊。在負(fù)荷率較低時(shí)，調(diào)整沖次，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周期可加長(zhǎng)，檢修費(fèi)用下降，設(shè)備運(yùn)行壽命延長(zhǎng)。

⑷ 集成的增加了電氣保護(hù)。與原來(lái)舊系統(tǒng)相比較，PUS智能控制系統(tǒng)具有過(guò)流、短路、過(guò)壓、欠壓、溫升等多項(xiàng)保護(hù)功能，更完善地保護(hù)了電機(jī)。

⑸ 提高自動(dòng)化水平，為油田的數(shù)字化建設(shè)提供底層保障。直接通過(guò)PUS智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)的轉(zhuǎn)速，可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖次，可方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，便于檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況。

六、 結(jié)束語(yǔ)

深圳加能IPC-PUS系列抽油機(jī)智能控制柜以其優(yōu)越的性能在油田的節(jié)能改造中發(fā)揮著重要作用，在井場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行受到一線員工的好評(píng)，由它帶來(lái)的無(wú)級(jí)調(diào)速大大降低了現(xiàn)場(chǎng)沖次調(diào)節(jié)的作業(yè)強(qiáng)度和時(shí)間，其能量回饋功能使其節(jié)能達(dá)到優(yōu)化。隨著油田數(shù)字化、信息化的推廣，IPC-PUS系列抽油機(jī)智能控制柜必將在抽油機(jī)的節(jié)能改造中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

IPC-PUS抽油機(jī)智能控制柜用戶手冊(cè)。