摘 ? 要： 采用山東力創科技有限公司的寬限高壓免維護計量箱、9033電參數采集模塊、抽油機測控終端、GPRS等終端設備,在勝利采油廠一排東線實施機采耗能過程實時監測，根據監測結果，通過專家決策系統，找出影響機采系統效率的主要因素，提出改進措施，達到節能降耗的目的，并逐漸完善和優化專家決策系統，為機采系統效率的提高提供切實可行的辦法。
關鍵詞： 實時監測； 節能； 優化決策支持
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目前，勝利油田進入特高含水期，開采難度加大，采油成本上升。節能已成為采油廠成本控制的主要因素，并將成為油田新的經濟增長點，用現代科技提高油田運行效益已成為共識。電耗大約占油田運行成本的50%，機采系統電能消耗占采油廠電能消耗的30%。我國有桿抽油系統的效率不足20%，在用抽油機約10萬臺，若每臺抽油機實用功率按20kW計，每天耗電4 800萬度，合人民幣2640萬元。若能將有桿抽油系統的效率提高5%，則每天可節約240萬度電，節約132萬元，這不僅節約了大量能源，還可緩解油田用電緊張狀況，既有經濟效益又有社會效益。
影響機采系統效率的因素主要是供電線路損耗、變壓器損耗、電機控制柜損耗、機械系統損耗等，盡快提高機采系統管理水平、降低油井能耗是油田開發工作的重要任務。為此結合油田現狀，在勝利采油廠一排東線實施了機采耗能過程實時監測及節能優化決策支持系統，通過運行總結出了部分提高機采系統效率的切實可行的辦法，以此來降低噸油能耗，提高機采系統綜合效益。
系統構架主要由兩部分組成:機采能耗過程實時監測系統和節能優化決策支持系統。
1 機采耗能過程實時監測系統
1.1 系統構成及功能
提高機采系統效率是一個系統工程，它涉及地面、油藏、井筒、地層等多個環節的協調配合，具體到人工舉油，最關心的是電耗，自一排東線變壓器出口端測起，直至各油井出油管為止，各種采集參數的布置如圖1所示。系統人為地將高壓供電線路進行分段，從區塊總出口處高壓計量箱G1開始到各采油井，電能逐級損耗，從各測量控制點測到的參數，可計算出電能損耗的分布情況，及時掌握系統效率。
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機采耗能過程實時監測系統，通過GPRS網絡的無線監控，對供電線路、變壓器、抽油機等設備進行實時運行數據的采集、處理和分析。監測系統主要分為供電線路自動計量系統和抽油機監控系統兩大部分。
供電線路自動計量系統主要功能如下：
(1) 根據計量箱的功能，實現電流、電壓、有/無功功率、功率因數及有/無功電量在尖、峰、平、谷各時段的抄收及數據存儲。
(2) 線路線損及分支線損的計算：
線路線損=(總電量－各用電點的電量)/總電量
分支線路線損＝(分支線路總電量－分支各用電點的電量)/分支線路總電量
變壓器損耗＝（高壓計量箱電量－低壓計量箱電量）/高壓計量箱電量
(3) 抄表方式可以靈活設置，可通過計算機自動抄收，可以設置抄表時間或抄表間隔時間，可以手工即時抄表，也可以手工抄收某一臺表，可以對某一臺表實時定時監測，并記錄監測數據。
(4) 系統設有一般用戶、管理員用戶、超級用戶等多種用戶權限。一般用戶只可以進行一般的數據查詢、對表的簡單抄收，查詢歷史數據等；管理員用戶可以進行安裝點的增加及維護，數據庫的管理、電表的定時監測及一般用戶的權限；超級用戶具有全部的操作權限，具有對電表的配置功能。
(5) 數據查詢、報表打印，可以查某一類用戶，某一單位的電表，可以根據某一段時間的用電量進行分類。根據查詢結果，形成報表打印。
(6) 網上數據發布，將每次的抄收數據發布到網上，通過網頁看到的數據即為實際數據，不需要再經過計算。
(7) 線路及安裝點示意圖，并且與計量箱信息相關聯。
供電線路自動計量系統主要相關產品如圖2所示。
抽油機監控系統主要功能如下：
(1)多線程數據實時采集，40秒實現400口井的參數采集，定時磁盤備份，備份期限為1年。
(2) 報警故障記錄，系統通訊時進行報警監測，對抽油機進行實時報警監測，同時將報警的參數項進行記錄，以備查詢和報表打印。
(3) 報表打印功能包括：抽油機故障報表打印，示功圖打印，電參數打印。
(4) 歷史數據查詢，要求有數據，有曲線。
(5) Web發布功能，用戶要求有實時數據的參數網頁顯示、歷史數據及相應曲線的網頁查詢功能。
抽油機監控系統主要相關產品如圖3所示。
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1.2 系統的主要創新點
本文所述系統主要有以下創新點：
? (1) 實現變壓器高低壓側、供電線路出口及分支的實時在線監測，結合油井單井用電計量，實現油井用電的全方位立體化監測。
(2) 實現數據的自動采集、傳輸和處理。經過信號轉換，通過GPRS將采集的單井及站內數據傳至信息中心數據庫，利用監控終端程序查看抽油機的示功圖和提取工況診斷所需參數，從而實現數據的自動采集、傳輸和處理。
(3) 實時采集示功圖，監控終端可及時監測油井工況。信息中心24小時全天候采集油井示功圖數據，通過數據遠程無線傳輸，終端可直接觀察到每口井的示功圖及油井工況，并能隨時發出指令進行示功圖遠程測量，如發現異常情況可及時提醒管理人員采取相應措施。
(4) 單井故障實時報警。監控軟件設定多項規則，能實時反饋監控油井的故障，停機、缺相、斷皮帶等能自動判斷并通過聲光報警，及時通知生產人員解決故障，減少停機停抽造成的產量損失。
1.3 監控系統的應用效果
(1) 現場巡檢，降低了勞動強度，提高了巡檢效率。原來油井現場巡檢主要采取例行巡檢制度，通過看、聽、嗅、摸等方式，對油井進行簡單定性生產狀況分析，即出油與否、設備是否運行正常。油井遠程監控投運后，油井工況監測間隔約40s，調度、作業區所設監控終端，能及時發現生產異常問題。目前在人工巡檢的基礎上，根據自動監測結果，由調度安排對異常井進行巡查，巡檢目的性強，效率高，巡檢方式變被動為主動。
(2) 油井資料錄取快捷，查詢方便，故障井發現及時、準確，提高了油井開井時率與工況正常率。通過自動監測系統，連續監測油井工況變化，能及時發現停井、工況異常井等；通過新型的油井管理方式，停井時間與工況異常時間大量縮短，從而提高了開井時率與工況正常時間及油井的綜合利用率。油井平均檢泵周期延長了26天，節約油井維護費用約40萬元。
(3) 利用自動監測系統連續性特點，根據特征參數變化及時掌握產狀變化、作業現狀，適時采取措施。以勝S3234井為例，7月29日調整沖次(3.7次/min調整到5次/min)，7月29日～8月8日各參數變化情況如圖4所示，日液由32.1噸提高到38.2噸，日油由2.2噸提高到3.2噸，動液面相應由711m升高到1 098m，因為液量的提高，所以回壓以及日耗電量均有所上升。調整參數一個月后，示功圖開始顯示供液不足，可以判斷地層能量欠缺。根據采集數據配合區塊地層地質資料，下一步措施從改善注水效果來保證產量。
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(4) 制止和打擊不法分子的盜竊行為，為生產任務的全面完成提供可靠的保證。由于目前油區治安狀況較差，油井經常受到不法分子的破壞。利用該系統的報警功能，可以及時發現輸電線路、輸油管道和抽油機設備被破壞的情況，及時進行處理，減少產量和設備損失。自投入使用以來，及時發現和制止不法分子破壞10多井次，繳獲盜油車輛4輛，累計減少經濟損失超過50萬元，安裝了該系統的抽油機井沒有再出現被破壞和設施被盜的現象。
2 節能優化決策支持系統
系統的實施不僅實現了油井的實時監測，而且可以根據監測結果，通過專家決策系統，查找出影響機采系統效率的主要因素，提出改進措施，達到節能降耗的目的，并可逐漸完善優化專家決策系統，為機采系統效率的提高提供切實可行的辦法。
2.1 系統模型庫的設計
在機采系統中，為科學地分析計算線路的損耗情況及油井的效率高低，必須對采油廠現有用電設備的用電情況和各種用電設備的電能損耗建立模型庫進行分析計算。模型庫的內容主要包括以下幾個方面。
(1) 用電設備用電量、電能損耗分析計算。此類模型主要包括：抽油機電能損耗和電能損耗分析計算模型；變壓器空載損耗和負載損耗分析計算模型。
(2) 輸配電線路電能損耗分析計算。由于采油廠的輸配電線路比較多，應根據每條線路的具體情況分別進行計算。線路損耗模型包括：①高壓線路電能損耗分析計算模型；②低壓線路電能損耗分析計算模型；③抽油機配供電線路的損耗分析計算模型。
(3) 供電效率分析計算。為進行供電設備、供電線路優化前后的供電效率的比較，應對各種情況下供電效率進行計算。如用原有的供電設備及采用新型高效節能設備和優化后的線路進行計算。
2.2 專家分析及決策系統
根據系統優化的內容和目標，子系統的動態數據采集由抽油機在線診斷與測試子系統、6kV供電線路自動計量子系統來完成。專家決策系統主要從以下六個方面進行數據的分析：
(1) 線路損耗計算。線路損耗計算是根據用客戶的要求，對某一具體線路(支線）的損耗進行計算,并以圖形和表格的方式向給用戶提供計算結果。
專家決策：根據線路分段線損的統計分析，給出在何位置安裝多大容量的電容補償器，以及預計可以提高的功率因數大小。
(2) 系統效率計算。包括供電效率的計算、地面效率的計算、井下效率的計算。
專家決策：系統效率主要損失是在供電、地面、還是井下，并給出具體的提高分效率的方法。
(3) 單一線路（支線）查詢。單一線路查詢是根據用戶的查詢要求，通過圖形和表格的方式向用戶提供某一具體線路的走向、所帶油井數量、能量消耗等方面的信息。
專家決策：單一線路的主要損耗在哪些方面，并具體給出整改方案。
(4)單一油井查詢。單一油井查詢是根據用戶的查詢要求，通過圖形和表格的方式向用戶提供某一具體油井的變壓器型號、容量、控制柜、電機、能量消耗等方面的信息。
(5) 油井歸口線路優化。油井歸口線路優化是根據用戶的要求，對某一具體線路的損耗進行計算，并向用戶提供對油井所屬線路調整改造的可能。
(6) 有桿抽油系統的優化。有桿抽油系統的優化是根據用戶的要求，計算出油井各個效率測點的效率數據，給出影響效率的原因并在此基礎上通過圖形界面利用人機對話的形式給出優化措施及建議。
2.3 決策支持效果實例
2.3.1 降低日耗電量
2007年8月21日專家決策系統根據數據分析，給出提示要將S9019抽油機原變速電機更換為普通電機，并配合輔助減速器，以降低日耗電量。S9019抽油機8月27日原變速電機更換為普通電機配合輔助減速器后，日耗電量由220度左右降至100度左右，耗電量降低了54%，日液及日油量沒有變化，節能效果明顯，如圖5所示。2.3.2降低供電線路線損
2007年10月9日，根據安裝在線路上的在線電參數監測設備，系統在一排東線線路出口測得的功率為1 000kW左右，功率因數在0.75左右，線路電流在138A左右，系統計算得出一排東線的總線損占到整條線路能耗的8％，通過測量計算出的設備實際消耗功率在920kW。因油田考核的功率因數在0.8以上，系統以補償到0.85為依據計算出所需的電容值，系統依據6kV線路的潮流分布情況和負荷空間分布情況通過優化計算來選擇補償點，選擇潮流分布大、區域負荷中心接近的點作為優化分散自動補償點，選擇目標功率因數為0.85。給出支持需補償電容350kvar，給出建議安裝點的位置，此為專家系統決策情況。根據專家決策情況，結合線路實際，在附近適合安裝的地方安裝電容補償器，在線路上投入350 kvar的電力電容器，此時系統檢測到出口功率為960kW左右，出口電流在110A，功率因數在0.85～0.86之間，線損降到4.17％，可見，根據此系統的專家決策方案實施的補償可滿足要求。
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2.3.3 抽油機動態平衡檢測
以2 218井做試驗，上沖電流最大為34A，下降電流最大為26A，此時34/26＝1.3，不滿足抽油機的平衡條件，此時專家系統分析出此抽油機存在不平衡狀態，根據抽油機的基本參數，分析出平衡塊需往邊緣調整4cm，根據此結果進行了調整，此時上沖最大電流為31A，下沖最大電流為29A，滿足要求，此時示功圖為較規則的平行四邊形。此專家決策方案基本符合運行要求。
2.3.4 異常示功圖專家提示
某S3234井示功圖如圖6所示，通過系統分析，專家決策系統提示此井示功圖右下方缺失，而且卸載過程比較快，卸載線比較陡，但上下左右曲線平行。卸載線與加載線平行，左移說明充滿不好，此井供液能力較差。建議進行油層改造，改善供液條件、機抽參數，采取加深泵掛、長沖程、小泵徑、慢沖次等。根據專家決策提示，調慢沖次、加深泵掛，2天后，采集的示功圖如圖7所示。
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本文所述系統借助于服務器、工作站、GPRS網絡及Microsoft visual studio.Net和Microsoft SQL等先進的技術，建立起機采耗能過程實時監測及節能優化決策支持系統，實現信息的高度集中。對用電設備用電量、電能損耗以及輸配電線路電能損耗進行分析，對抽油機的效率進行分級檢測，根據專家決策支持系統，給出各種優化方案，增加了產量，降低了能耗，切實達到了節能增效的目標。但系統專家決策部分還有待于進一步完善和提高，為節能增效提供更加科學合理的優化方案。
參考文獻
[1]?關成堯,檀朝東,余金澤，等.大港油田抽油機井典型示功圖分析[J]. 中國石油和化工，2007，（20）：57-62.