智能控制柜在吐哈油田抽油机井上试验的效果分析

 1 概述

随着吐哈油田建设大油田步伐的不断深入，注、采液量逐步增加，油田能耗不断上升，对节能工作的要求也越来越高。由于游梁式抽油机具有结构简单，易损件少，故障率低，维修简单等优点，油田采油设备以游梁式抽油机为主，抽油机的节能显得尤其重要。但是大部分游梁式抽油机存在着启动困难，系统效率低等缺点，为了保证抽油机的启动，使得匹配的电机功率偏大造成大马拉小车现象，用电效率非常低，同时由于电机不能调速，抽油机冲次不能及时调整，不能协调供排能力。

针对以上问题研制了抽油机井智能一体化控制柜。智能控制柜能自动采集和传输油井功图、压力、温度和电参量等数据，对油井工况进行综合诊断，改变了以往单纯依靠动液面变化来调节电机频率的做法，而是根据综合诊断结果优化最佳变频方案，有效杜绝了设备的空耗，从而实现了节能的目的，同时变频技术的利用使抽油机实现了软启动，使设备选型更加合理。

2 智能控制柜的原理

智能控制柜由数据采集控制终端、变频处理单元和变频器组成。数据采集控制终端用于采集油井的基本数据（包括油井功图、电参量、压力、温度等）、变频器的变频反馈信息，并将基本数据和变频反馈信息通过CDMA（或GPRS）网络传送至变频处理单元；变频处理单元根据基本数据、变频反馈信息、预存基础数据进行分析和综合诊断，根据综合诊断结果采用RL模糊神经网络算法^[1]对变频参数进行精细化优化设计确定最优变频参数，再把所确定的最优变频参数转换成变频指令发送至数据采集控制终端；最后数据采集控制终端将变频指令发送至变频器从而实现对油井电动机的最佳变频控制。整个过程实现了数据采集—综合诊断—分析优化—远程变频控制的闭环控制^[2]。

3 智能控制柜的功能

3.1 油井生产参数的采集

该智能控制柜可实现远程油井设备和生产动态资料数据的自动化采集和传输：如油压、油温、理论泵排量、地面功图等；对电参量计量、存储与实时监测，以及记录抽油机电机的电流、电压、功率因数等，从而实现即使现场无人值守的情况下也能及时掌握油井生产动态的变化。如图1所示。

图1 油井生产参数的采集

3.2 油井综合产液量及系统效率等参数的分析计算

根据相关监测数据自动生成示功图、电流图、功率图等；实时进行示功图诊断分析，工况故障诊断分析；计算油井产液量、泵效、单井能耗、单机效率及整个区块的平均系统效率等参数，从而对油井工况进行综合诊断。如图2所示。

图2 油井相关参数的分析计算

3.3 油井工况监控和故障报警

实时报警程序的主要功能是对油井工况监控和故障诊断结果进行实时报警，见图3。安装实时报警程序的任何计算机终端都能实时收到故障的语音、颜色、闪烁报警等。

图3 油井工况监控和故障报警

油井工况监控报警是对工况监控系统^[3]中发现的故障进行报警，比如：停电、停机、油压异常、缺相及电流异常、皮带打滑、防盗红外监控，曲柄销松动脱落等运行时出现的突发性故障或严重超出界限值时，系统能及时发出声光报警，给予提示，无应答时能够自动紧急跳闸断电，实现对机组的保护。故障诊断结果报警是对基于泵功图的特征诊断出的油井故障进行报警，比如：抽油杆断脱、供液不足、气锁、气体影响、凡尔漏失、泵筒弯曲、完全泵阻等进行报警。

3.4 油井变频控制

根据远程变频控制利用功图、压力、温度和电参量等数据对油井工况进行综合诊断，依据油井综合诊断结果选择最佳变频方案，再利用优化方法对变频参数进行优化，从而实现对采油设备的最高效变频控制，达到避免事故的发生和提高设备效率的应用效果。如图4所示。

图4油井变频控制界面

4 现场应用效果

2010年8月份开始，在吐哈油田温米采油厂进行设备的安装和调试，在多口油井安装了抽油机井智能控制柜。通过该智能控制柜在吐哈油田的现场应用表明，与工频运行相比，变频运行时功率因数大为提高，耗电量减少，吨液生产有功节电率达22.77%，无功节电率达-4.18%，综合节电率达22.45%，增产节能效果显著。经过多次对各种井况及抽油机电参数综合测试仪专门测定，系统效率比工频运行时提高0.95%～4.34%。测试数据见表1和表2。

表1 抽油机智能控制柜安装前后测算结果对比

表2 抽油机智能控制柜应用前后测算分析评价

使用该控制柜后，单口井年节电约2.1万KW�h，电费按0.6元/KW�h计算，年节约电费约1.26万元。每台控制柜售价为1.45万元，则成本回收期为1.15年。

5 结论

抽油机井智能控制柜在保留常规抽油机井配电柜全部功能的基础上，以有杆抽油系统设计理论为依据，通过增加对功图、压力、电量、油温等参数连续采样，对电机、抽油机、抽油泵工作状况进行综合诊断，采用RL模糊神经网络算法对变频参数进行精细化优化设计，并且通过变频处理单元的处理结果实现对采油设备的最高效变频控制，实现抽油机智能化闭环控制。吐哈油田温米采油厂现场应用表明，该智能控制柜采集数据可靠，工况分析准确，频率调整科学，现场应用稳定，达到提高油井产量和设备效率的目的。

参考文献：

[1] 丁宝等．RL模糊神经网络及其在采油控制中的应用．控制工程，2002，9（6）：57~59．

[2] 檀朝东等． 基于综合诊断的油井变频控制系统技术的研究．石油矿场机械，2011,40(3):9-12．

[3] 檀朝东等．油水井远程监控液量自动计量及分析系统．石油矿场机械，2007，36（1）：49～52．