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      解決方案

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      IPC-PUS抽油機智能控制柜在新疆火燒山油田的應用

      IPC-PUS抽油機智能控制柜在新疆火燒山油田的應用

      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抽油機智能控制柜在新疆火燒山油田的應用。IPC抽油機智能控制柜核心控制器采用抽油機專用控制程序和數字回饋技術,并能自動按抽油機的設定上下沖次運行。整個系統備有旁路功能,其控制性能可靠,操作簡單,節能效率高。本文僅以火燒山油田抽油機為例分析,為IPC-PUS系列控制柜在抽油機系統最佳應用提供推廣的方案。 關鍵詞:抽油機 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

      能源是現代工業生命的基礎,石油依然是工業的主要能源。隨著中國經濟的飛速發展,我國石油消費量顯著增加,國際石油價格也處于不斷的波動中,石油天然氣等能源產業在國家經濟產業中的地位越來越高,廣泛影響著我國經濟的發展。有效控制生產過程中的關鍵技術環節,提高油氣生產的工作效率,降低能耗,提升油田的整體信息化是目前石油開采作業的發展趨勢。

      IPC抽油機智能控制柜(PUS)核心部分技術來自加拿大,是根據油田抽油機特殊工況,由Albert油田設計院設計,美國Smart Chip公司生產應用。PUS采用抽油機專用控制程序和數字回饋技術,并備有工頻旁路,預留有通訊接口。系統的設計符合油田生產要求,極大的改善采油作業工藝,并且節能效果顯著,已被各大油田單位列為優選產品推廣應用。

      二、 火燒山油田抽油機應用分析

      新疆火燒山油田屬于裂縫性低滲砂巖油藏,勘探開發已經進入中后期?;馃接吞锲毡椴捎糜瘟菏匠橛蜋C方式,而所用的抽油機系統普遍存在效率低、能耗大等情況。在實際生產過程中,采油井的供液能力隨時都有變化,需要對抽油系統運行參數進行及時而合理的調整,其中抽油機沖次的調節尤為重要。一般通過更換電機皮帶輪調沖次,抽油機沖次一般只有三、五檔,造成采油效率降低,能耗加大。

      為改善采油作業工藝、降低能耗、提高效率,增強抽油機系統的智能化程度,系統升級改造方案應運而生,其系統主要由磕頭機、智能控制柜、電動機、傳感器等部分組成。傳感器采集抽油機位置信息,為判斷抽油機驢頭位置提供依據,智能控制柜對抽油機進行控制,電動機接入控制柜驅動抽油機按需要的沖次運轉。

      井場提供380V/50HZ輸入交流電源,根據油井負荷不同,火燒山油田各井場的抽油機配備的電動機功率將有所不同,本文僅以火12井為例進行分析。

      三、 方案分析

      火12井電機主要參數如下表所示。
       

      電機參數

      名稱

      抽油機用節能點動機(與配電箱連體)

      型號

      CJI-1OA

      標準編號

      QCJK220I-30

      額定功率

      22/18KW

      額定電流

      48/26A

      額定頻率

      50HZ

      額定電壓

      380V

      額定轉速

      標識不清

      接法

      △/Y

      防護等級

      IP54

      絕緣等級

      F

      工作制

      S1

      出廠日期

      1990年10月


      表格 1

      火12井抽油機電機主要參數

      考慮到新疆冬夏溫差大,冬天現場最低溫可能達-40℃,夏天地表最高溫可達80℃,柜內電氣元件均作了降容考慮,據此,配備如下控制柜。
       

      名稱

      抽油機智能控制柜

      型號

      PUS-A1-FB00-22-4

      額定功率

      22KW

      額定電壓

      380V

      額定電流

      45A

      額定頻率

      50HZ

      防護等級

      IP54


      表格 2

      抽油機智能控制柜參數

      為適應隨時而來的大風沙,柜體結構作了嚴密的防塵保護設計,如下圖。


       

      圖1 PUS抽油機智能控制柜及雙層防風沙結構

      正常運行時,抽油機采用智能控制模式,當此模式下抽油機出現故障時,可切旁路至工頻通道,確保油井在維修時正常運行。

      四、 現場應用效果分析

      按照工況控制要求安裝井場變頻控制柜,按標準程序檢查好柜內外接線,對智能控制柜進行現場調試,IPC-PUS都能出色的完成試驗任務。

      依據SY/T5264-2006《油田生產系統能耗測試和計算方法》、SY/T6422《石油企業節能產品節能效果測定》中的有關部分,根據標準要求,使用先進的3169-20電能綜合測試儀和SGH2000-1型抽油井測試儀,油田節能檢測中心對本井與其他標準井進行現場對比測試。以下為火12部分檢測數據。
       

      序號

      名稱

      單位

      工頻測試結果

      智能運行時測試結果

      數據來源

      1

      上行最大電流

      A

      31.3

      21.2

      測試

      2

      下行最大電流

      A

      28.9

      13.5

      測試

      3

      電機最大功率

      KW

      9.6

      9.01

      測試

      4

      電機最小功率

      KW

      3.0

      2.5

      測試

      5

      電機有功功率

      KW

      4.684

      7.222

      測試

      6

      電機無功功率

      Kvar

      14.023

      5.332

      測試

      7

      電機視在功率

      KVA

      15.773

      7.097

      測試

      8

      電機消耗的功率

      KW

      5.150

      3.651

      測試

      9

      功率因數

       

      0.458

      0.660

      測試

      10

      電機輸入平均電流

      A

      23.19

      10.38

      測試

      11

      油井日產液量

      t/d

      12.4

      12.4

      測試

      12

      產液含水量

      %

      90

      90

      測試

      13

      系統效率

      %

      21.0

      31.2

      計算

      14

      產液單耗

      KW/t

      9.97

      7.07

      計算

      15

      百米噸液單耗

      KW/(100m*t)

      1.30

      0.87

      計算

      16

      有功節電率

      %

      32.7

      計算

      17

      油井系統效率提高

      %

      10.2

      計算

      注:本表數據來自中國天然氣集團公司西北油田節能監測中心。

      表格火12部分運行數據 

      由上表可知,火12井在降低產液單耗的基礎上降低了總體耗電,不僅如此,使用PUS油田專用智能控制柜之后,提高了抽油機系統效率。在現場測試條件下,通過對比測試,油井的有功節電率為32.7%。,功率因數也大為提高。

      通過對PUS控制柜在其他油井的檢測,其節能效果令人滿意。通過測試,油井的平均有功節電率為27.3%~37.3%,節電效果因井而異。除此之外,油井平均系統效率提高8個百分點。

      PUS智能控制柜使用操作方便,對現場環境的適應性極強,自上井至今依然保持零故障運行,極大的改善了采用工藝和運行成本。

      五、 IPC-PUS抽油機智能控制柜優勢

      IPC-PUS系列抽油機智能控制柜根據抽油機工況專門設計,具有自身的優勢。

      ⑴ 采用數字回饋技術,更加節能。因為梁式抽油機的運行狀況并非是恒轉速狀態,其運行狀態是:上沖程和下沖程。若配重不平衡時,電動機處于頻繁的深度的發電和電動交替的狀態。用在抽油機上的普通的變頻柜和節能裝置,一般是外接一個制動單元和制動電阻,把抽油機下行過程中產生的電量消耗在制動電阻上。IPC-PUS采用國際領先的數字回饋技術,將電動機發出來的電能將回饋到原電網,獲得節能效果,IPC-PUS系列抽油機智能控制柜比普通通用變頻柜多節能15~25%。熱損耗為電阻制動的3%以下。

      ⑵ 性能品質超高。IPC-PUS從接觸器到繼電器、從電解電容至控制芯片均采用業內知名品牌,性能品質超高,完全為油田的惡劣環境而設計配置。

      ⑶ 采用抽油機專用應用程序,但顯示明了、操作簡單,適于普通采油工直接調試,無需手冊及操作手冊。

      ⑷ 根據磕頭機運行工況針對性設計,可直接顯示和調節沖次,根據單井工況調定上下沖程最佳運行沖次,并可基于此設計全自動控制方案。

      ⑸ 提供上下沖程沖次自動運行。通過傳感器檢測抽油機驢頭的位置,控制柜將按預先設定的上下沖次運行。

      ⑹ 內置輸入濾波裝置,全程噪聲過濾,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點。

      ⑴ 可任意的調節抽油機沖次,提高抽油機系統效率,增加產液量。在初期油井中,由于油井剛開采,儲油量大。為提高采油功效,我們可以提高抽油機的沖次,其采油量也相應提高。而在中、后期油井采集中,由于井中原液儲量減少,供液不足,因而我們采用調低抽油機的沖次和選用上快下慢的控制方式,可根據泵的充滿負荷度動態調整抽油機沖次,提高泵充滿系數及排量系數,達到更加節能與增產的運行效果。

      ⑵ 提高網側的功率因數。原電機直接由工頻驅動時,滿載時功率因數為0.81左右,實際運行功率因數遠低于0.7。采用PUS智能控制系統后,電源側的功率因數甚至可提高到0.9以上,無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率,滿足電網要求,可進一步節約上游設備的運行費用。

      ⑶ 設備運行維護費用下降。采用PUS智能控制系統后,可對電機實現軟啟動,啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍,對電網無任何沖擊。在負荷率較低時,調整沖次,主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕,維護周期可加長,檢修費用下降,設備運行壽命延長。

      ⑷ 集成的增加了電氣保護。與原來舊系統相比較,PUS智能控制系統具有過流、短路、過壓、欠壓、溫升等多項保護功能,更完善地保護了電機。

      ⑸ 提高自動化水平,為油田的數字化建設提供底層保障。直接通過PUS智能控制系統實現動態調整抽油機的轉速,可無級調節抽油機的沖次,可方便實現遠程集中監控,便于檢測設備運行狀況。

      六、 結束語

      深圳加能IPC-PUS系列抽油機智能控制柜以其優越的性能在油田的節能改造中發揮著重要作用,在井場長時間的運行受到一線員工的好評,由它帶來的無級調速大大降低了現場沖次調節的作業強度和時間,其能量回饋功能使其節能達到優化。隨著油田數字化、信息化的推廣,IPC-PUS系列抽油機智能控制柜必將在抽油機的節能改造中發揮越來越重要的作用。

      參考文獻

      IPC-PUS抽油機智能控制柜用戶手冊。

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