注水井太陽(yáng)能穩(wěn)流配水技術(shù)

陸小兵 陳 陣 李花花 楊 帆

(中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)慶油田分公司)

1 工藝提出

長(zhǎng)慶油田在區(qū)域構(gòu)造上屬鄂爾多斯盆地，該區(qū)太陽(yáng)能資源豐富，屬于太陽(yáng)能資源二類(lèi)地區(qū)，年平均日照時(shí)間在2880h左右，年太陽(yáng)總輻射為5200MJ/m2以上，前景十分可觀，有較好的太陽(yáng)能利用開(kāi)發(fā)條件。

近年來(lái)，為減少地面注水管網(wǎng)投資，長(zhǎng)慶油田在管網(wǎng)設(shè)計(jì)上多采用單管多支工藝+穩(wěn)流配水工藝流程，其中，高壓穩(wěn)流自控儀可根據(jù)注水井吸水能力差異和注水系統(tǒng)壓力波動(dòng)進(jìn)行單井注水量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)油田精細(xì)注水。但在個(gè)別超前注水偏遠(yuǎn)區(qū)塊，由于井場(chǎng)不通大電，高壓穩(wěn)流自控儀電機(jī)不能進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)，只能依靠人工進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)工作繁瑣，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，超注、欠注的現(xiàn)象發(fā)生頻繁，難以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)注水。為了減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度并達(dá)到精細(xì)注水的目的，在超低滲透油藏華慶油田試驗(yàn)了太陽(yáng)能穩(wěn)流自控儀，實(shí)現(xiàn)了偏遠(yuǎn)區(qū)塊的精細(xì)注水。

2 太陽(yáng)能穩(wěn)流自控儀的結(jié)構(gòu)和原理

(1)基本結(jié)構(gòu)(圖1)

太陽(yáng)能穩(wěn)流自控儀由供電部分和穩(wěn)流自控儀兩部分組成，其中，供電部分由太陽(yáng)能板、蓄電池和逆變器構(gòu)成。

太陽(yáng)能電池板：太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分。作用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，并推動(dòng)負(fù)載工作。

太陽(yáng)能控制器：控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。溫差較大的地方，控制器還具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋?/p>

蓄電池：采用免維護(hù)太陽(yáng)能專(zhuān)用電池，其作用是在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，到需要的時(shí)候再釋放出來(lái)。

逆變器：太陽(yáng)能直接輸出DC12V，通過(guò)逆變器將其轉(zhuǎn)換為AC220V，可為儀表提供電能。

圖1 太陽(yáng)能穩(wěn)流自控儀結(jié)構(gòu)示意圖

穩(wěn)流自控儀部分由流量計(jì)、流量閥和控制器構(gòu)成，在流量閥的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中安裝減速裝置交流電機(jī),根據(jù)瞬時(shí)流量的大小進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。

(2)基本原理

太陽(yáng)能穩(wěn)流自控儀由太陽(yáng)能板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為24V直流電壓，再通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為220V交流電，供給高壓穩(wěn)流自控儀，穩(wěn)流自控儀的控制器根據(jù)流量計(jì)的流量數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較,若實(shí)際的瞬時(shí)流量小于設(shè)定值或大于設(shè)定值,且該誤差值大于預(yù)先設(shè)定的范圍,就會(huì)發(fā)出指令,驅(qū)動(dòng)220V交流電電機(jī)正旋或反旋來(lái)調(diào)節(jié)閥門(mén),以保持流量等于或接近設(shè)定值，達(dá)到油田精細(xì)注水的要求。

(3)參數(shù)確定

為了保證在夜間和陰雨天氣情況下穩(wěn)流自控儀正常運(yùn)行，需配套鉛酸電池，將多余的電能輸送到鉛酸電池中存儲(chǔ)起來(lái)，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)惡劣天氣情況下仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流配水的要求。因此，需對(duì)太陽(yáng)能電池板和鉛酸電池參數(shù)進(jìn)行選擇。

通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，控制器的電機(jī)功率為70W，正常工作時(shí)間為開(kāi)啟200ms、停止3s，平均耗電5W，顯示器耗電功率為3W，若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為80%，則當(dāng)輸出功率為8W時(shí)，實(shí)際需要輸出功率應(yīng)為8W÷80%=10W，那么一天耗電量為10W×24h=240Wh。按每日有效日照時(shí)間為10h計(jì)算，再考慮到充電效率和充電過(guò)程中的損耗，太陽(yáng)能電池板的輸出功率應(yīng)為240Wh÷10h÷70%=34W(70%是充電過(guò)程中，太陽(yáng)能電池板的實(shí)際使用功率)?？紤]現(xiàn)場(chǎng)陰雨天氣無(wú)陽(yáng)光照射，那么則需選定電瓶電壓為24V、負(fù)載功率為8W、電瓶容量為33Ah的蓄電池，才能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)3天(72h)的正常工作需要。

3 試驗(yàn)及推廣應(yīng)用情況

為解決個(gè)別超前注水區(qū)塊井場(chǎng)不通大電帶來(lái)的調(diào)配難問(wèn)題，2011年在超低滲透油藏華慶油田引進(jìn)了5套太陽(yáng)能穩(wěn)流自控儀進(jìn)行前期試驗(yàn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，在夜間和陰雨天氣情況下可持續(xù)工作5～7天，基本滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)惡劣天氣情況下穩(wěn)流配水的要求。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)流配水情況來(lái)看，安裝太陽(yáng)能穩(wěn)流控制儀后注水量平穩(wěn)，滿(mǎn)足了油藏精細(xì)注水的需要(詳見(jiàn)表1)。如白264-57井，該井配注30m3，要求每2h流量為2.25～2.75m3,通過(guò)太陽(yáng)能穩(wěn)流注水前后數(shù)據(jù)試驗(yàn)曲線(xiàn)結(jié)果對(duì)比可以看出,安裝太陽(yáng)能流量自控儀后曲線(xiàn)趨勢(shì)平穩(wěn)，完全能夠滿(mǎn)足精細(xì)注水要求，應(yīng)用效果較好(圖2)。

表1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況對(duì)比分析表

圖2 白264-57井太陽(yáng)能穩(wěn)流注水前后數(shù)據(jù)對(duì)比曲線(xiàn)

4 結(jié)論

(1)從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,太陽(yáng)能穩(wěn)流自控儀完全能夠滿(mǎn)足偏遠(yuǎn)區(qū)塊不通大電注水井油田精細(xì)注水要求。 (2)太陽(yáng)能高壓穩(wěn)流自控儀利用太陽(yáng)能供電，充分結(jié)合了鄂爾多斯盆地的地理資源優(yōu)勢(shì)，滿(mǎn)足了“安全、環(huán)?！钡沫h(huán)境要求，實(shí)現(xiàn)了能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，具有良好的推廣意義和應(yīng)用前景。

(3)太陽(yáng)能高壓流量自控儀能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳,可以采用電腦接收和監(jiān)測(cè)注水量,大大減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)為以后注水系統(tǒng)自動(dòng)化打下了基礎(chǔ)。

1 常彥榮，李世榮，王海．注水井穩(wěn)流工藝配水技術(shù)[J].油氣田地面工程,2006，(12).

2 秦義．太陽(yáng)能電池技術(shù)進(jìn)展與趨勢(shì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，(16).

3 高峰．太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)上的難點(diǎn)[J].中外能源，2011，(7).

4 肖慧杰，王海．淺析太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)[J].內(nèi)蒙古石油化工，2010，(3).

5 朗憲超．太陽(yáng)能技術(shù)在海上采油平臺(tái)的應(yīng)用[J]. 海洋技術(shù)，2001，(4).