论文部分内容阅读
摘要：建设节能技术数字化平台，推动数字化油田建设，是油田生产管理模式的一次革命。是控制投资、降低成本、提高效益、节能减排、确保安全生产的技术支撑。水源井潜水泵节能产品应用和推广是油田地面工程自动化系统中最底层、范围最广、最关键的现场级控制系统，主要完成水源井潜水泵节能、生产数据采集、远程监控功能。采用无线专业化通信技术和有线通信技术，实现水源井节能的远程数据采集和远程监控，不但有效的保护了电机、节约了人力物力，降低了水源井潜水泵的能耗，提高了运行效率和经济效益，还实现了资源共享，异常情况及时发现、及时处理，运行数据及时存储，为全面建设数字化油田创造了条件。
关键词：经济效益 通信技术 数字化油田
一、原理
水源井节能保护监控系统数据传输方式，是PLC通过变频器的MODBUS485接口测得潜水泵电机的三相电压值、三相电流值、有功功率、无功功率、功率因数、累计电量、水源井水位高低液位值、流量计流量值、管线压力值等参数，再发送至供水站监控中心和作业区监控中心。现场监控系统可接收监控中心发送的控制命令并执行相应的操作。支持外接USB存储棒。采用自动数据读取和其他数据存储卡进行数据存储和转换。数据存储可靠，并通过USB接口拷贝到U盘中，再用PC上位机读取水位变化曲线图以及水位变化的历史数据。该系统可提供准确而可靠的过程水位监测，特别适用于油田水源井的水位观测。
电台提供端到端的、广域的无线IP连接。允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。它特别适用于大量的数据传输。因此选用电台进行水源井参数的监控具有先进性，符合长庆油田数字化发展趋势。
二、主要功能
1.采集功能：水源井控制器采集以下数据：
2.控制功能
2.1远程启停潜水泵
2.2远程设定各种参数。
3.保护功能
3.1具有短路、断路、过载、过压、欠压等各种保护功能，能有效保护水源井电机，延长维修周期。
3.2消除了水源井电缆发热问题，有效的保护了电路。
4.报警功能。
当出水压力、流量、水源井液位不再设定范围之内，系统自动报警，确保了故障的及时处理，为油田正常注水提供了技术支撑.
5.信息存储功能
此系统可以使水源井各种运行参数即使存储，解决了目前吴起作业区水源井水位没有历史记录问题，方便技术人员及时查询水源井历史运行状况，对掌握水源井运行规律有重要意义。
6.控制中心功能
6.1自动采集生产现场的实时数据，按操作员发出的指令控制现场设备；
6.2浏览生产工艺流程图中的数据；
6.3查看自动形成的生产过程实时运行曲线和历史运行曲线；
6.4查看和处理按设定值自动生成的报警事件与信息；
6.5查询、检索自动存储在计算机中生产数据库内的重要信息；
6.6对监控系统参数设置或修改；
6.7自动生成班报、日报、月报等各种报表并打印；
三、中心站构成
1.数据服务器
用于采集和监控各水源井（泵站）的数据，该服务器连接到公网固定IP地址。
2.管理服务器
将操作画面发布到局域网中，局域网中的任何一台授权的计算机都可以对工艺进行调整和监视。
3.交换机
用于组建局域网。
4.与管理服务器连接UPS不间断电源
保证停电状态下，维持系统供电10小时。
四、节能保护监控系统安装后节能测试情况
1.对吴起作业区3口水源井节能测试分析
2011年6月至11月，对392井区S392S1、523井区S523S3、261井区S261S10三口水源井安装了节能保护监控系统，前后进行了多次跟踪测试与分析，研究节能效果与能耗效率变化规律。对每一口水源井进行5分钟跟踪连续测试，过三分钟后，再复测一次，最后取结果一至数据做为测量数据，如果不一样重复再测二遍，直到数据一致为止。
1.1 523井区S523S3水源井测试数据：
523井区S523S3水源井，下入传感器的日期：2011年6月16日，电机型号YQS200-45，功率45KW，泵型130ZTQ20-350，额定排量20 m3/h，扬程350 m，泵深260 m，传感器下深250 m，静液面160 m，实际排量17 m3/h，井深600 m。
1.2 261井区S261S10水源井测试数据：
261井区S261S10水源井：水源井节能保护监控系统安装日期2011年9月25日，电机型号YQS200-45，功率37KW，泵型200QJ20—275，额定排量20 m3/h，扬程275 m、泵深241 m，传感器下深230 m，静液面161 m，实际排量17.8 m3/h，井深581 m。
1.3 392井区TS392S1水源井测试数据
吴 起作业区392井区TS392S1水源井：水源井节能保护监控系统安装日期2011年5月3日-5日，电机型号YQS200-45，功率45KW，泵型130ZTQ20-400，额定排量20m3/h，扬程400m，泵深393m，传感器下深383m，静液面300m，实际排量12m3/h，井深702m。
五、经济效益
1.从有功功率曲线和无功功率曲线分析看，3口水源井安装数字化节能保护系统后：
1.1在50HZ运行下：负载电流平均下降率为20.2%。平均有功节电率为11.2%，平均无功节电率为64.6%，平均综合节电率为13.9%。
1.2在45HZ运行下：负载电流平均下降率为39.7%。平均有功节电率为31.3%，平均无功节电率为74.7%，平均综合节电率为33.5%。
1.3在40HZ运行下：负载电流平均下降率为64.2%。平均有功节电率为58.5%，平均无功节电率为84.8%，平均综合节电率为59.8%。
功率因数均达到了0.98以上，综合节能平均达20%以上，每个水源井平均日节电约300度，年节电约109500度，1度电按0.62元计算，年节约电费约67890元。吴起作业区有38口水源井，开井31口如果都能安装数字化节能保护远程监控系统，年平均节约电能约339万度、210万元，同时降低了线网损耗。
水源井节能保护监控系统，安装后会减少负载电流、有功功率和无功功率，提高了有功、无功节电率和综合功率节电率，降低了电网损耗和电费支出。
2.降低修井频率，节约了修井费用和材料费用
此系统提供了各种保护功能，有效的保护水源井潜水泵、电机及线路等，降低了修井频率。吴起作业区2012年上修水源井30次，每次上修作业费0.6万元，潜水泵、电机费用1.8万元，每次上修发生费用2.4万元，按修井频率降低50%计算年节约修井费用36万元。
六、结论及认识
1.实现了资源共享，异常情况及时发现、及时处理，运行数据及时存储，对掌握水源井运行规律有重要意义。
2.潜水泵能运行在最佳平稳状态，具有短路、断路、过载、过压、欠压等各种保护功能，能有效延长维修周期，从原来的一年至一年半，到现在的二年至二年半，降低水源井运行成本。
3.解决了目前吴起作业区水源井水位没有历史记录问题，实现了远程监控、启停泵，提高了管理效率，降低了现场职工的工作强度。为吴起油田正常化生产提供了可靠的监控节能保护设备，为全面建设数字化油田创造了条件。
4.功率因数均达到了0.98以上，综合节能平均达20%以上，同时降低了泵的维修周期，节能效果十分可观。水源井数字化节能保护远程监控系统的推广应用，既能满足现阶段数字化油田建设和节能减排的需要，又节约了成本。该系统如果能大面积推广应用，将产生巨大的经济效益和社会效益。
关键词：经济效益 通信技术 数字化油田
一、原理
水源井节能保护监控系统数据传输方式，是PLC通过变频器的MODBUS485接口测得潜水泵电机的三相电压值、三相电流值、有功功率、无功功率、功率因数、累计电量、水源井水位高低液位值、流量计流量值、管线压力值等参数，再发送至供水站监控中心和作业区监控中心。现场监控系统可接收监控中心发送的控制命令并执行相应的操作。支持外接USB存储棒。采用自动数据读取和其他数据存储卡进行数据存储和转换。数据存储可靠，并通过USB接口拷贝到U盘中，再用PC上位机读取水位变化曲线图以及水位变化的历史数据。该系统可提供准确而可靠的过程水位监测，特别适用于油田水源井的水位观测。
电台提供端到端的、广域的无线IP连接。允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。它特别适用于大量的数据传输。因此选用电台进行水源井参数的监控具有先进性，符合长庆油田数字化发展趋势。
二、主要功能
1.采集功能：水源井控制器采集以下数据：
2.控制功能
2.1远程启停潜水泵
2.2远程设定各种参数。
3.保护功能
3.1具有短路、断路、过载、过压、欠压等各种保护功能，能有效保护水源井电机，延长维修周期。
3.2消除了水源井电缆发热问题，有效的保护了电路。
4.报警功能。
当出水压力、流量、水源井液位不再设定范围之内，系统自动报警，确保了故障的及时处理，为油田正常注水提供了技术支撑.
5.信息存储功能
此系统可以使水源井各种运行参数即使存储，解决了目前吴起作业区水源井水位没有历史记录问题，方便技术人员及时查询水源井历史运行状况，对掌握水源井运行规律有重要意义。
6.控制中心功能
6.1自动采集生产现场的实时数据，按操作员发出的指令控制现场设备；
6.2浏览生产工艺流程图中的数据；
6.3查看自动形成的生产过程实时运行曲线和历史运行曲线；
6.4查看和处理按设定值自动生成的报警事件与信息；
6.5查询、检索自动存储在计算机中生产数据库内的重要信息；
6.6对监控系统参数设置或修改；
6.7自动生成班报、日报、月报等各种报表并打印；
三、中心站构成
1.数据服务器
用于采集和监控各水源井（泵站）的数据，该服务器连接到公网固定IP地址。
2.管理服务器
将操作画面发布到局域网中，局域网中的任何一台授权的计算机都可以对工艺进行调整和监视。
3.交换机
用于组建局域网。
4.与管理服务器连接UPS不间断电源
保证停电状态下，维持系统供电10小时。
四、节能保护监控系统安装后节能测试情况
1.对吴起作业区3口水源井节能测试分析
2011年6月至11月，对392井区S392S1、523井区S523S3、261井区S261S10三口水源井安装了节能保护监控系统，前后进行了多次跟踪测试与分析，研究节能效果与能耗效率变化规律。对每一口水源井进行5分钟跟踪连续测试，过三分钟后，再复测一次，最后取结果一至数据做为测量数据，如果不一样重复再测二遍，直到数据一致为止。
1.1 523井区S523S3水源井测试数据：
523井区S523S3水源井，下入传感器的日期：2011年6月16日，电机型号YQS200-45，功率45KW，泵型130ZTQ20-350，额定排量20 m3/h，扬程350 m，泵深260 m，传感器下深250 m，静液面160 m，实际排量17 m3/h，井深600 m。
1.2 261井区S261S10水源井测试数据：
261井区S261S10水源井：水源井节能保护监控系统安装日期2011年9月25日，电机型号YQS200-45，功率37KW，泵型200QJ20—275，额定排量20 m3/h，扬程275 m、泵深241 m，传感器下深230 m，静液面161 m，实际排量17.8 m3/h，井深581 m。
1.3 392井区TS392S1水源井测试数据
吴 起作业区392井区TS392S1水源井：水源井节能保护监控系统安装日期2011年5月3日-5日，电机型号YQS200-45，功率45KW，泵型130ZTQ20-400，额定排量20m3/h，扬程400m，泵深393m，传感器下深383m，静液面300m，实际排量12m3/h，井深702m。
五、经济效益
1.从有功功率曲线和无功功率曲线分析看，3口水源井安装数字化节能保护系统后：
1.1在50HZ运行下：负载电流平均下降率为20.2%。平均有功节电率为11.2%，平均无功节电率为64.6%，平均综合节电率为13.9%。
1.2在45HZ运行下：负载电流平均下降率为39.7%。平均有功节电率为31.3%，平均无功节电率为74.7%，平均综合节电率为33.5%。
1.3在40HZ运行下：负载电流平均下降率为64.2%。平均有功节电率为58.5%，平均无功节电率为84.8%，平均综合节电率为59.8%。
功率因数均达到了0.98以上，综合节能平均达20%以上，每个水源井平均日节电约300度，年节电约109500度，1度电按0.62元计算，年节约电费约67890元。吴起作业区有38口水源井，开井31口如果都能安装数字化节能保护远程监控系统，年平均节约电能约339万度、210万元，同时降低了线网损耗。
水源井节能保护监控系统，安装后会减少负载电流、有功功率和无功功率，提高了有功、无功节电率和综合功率节电率，降低了电网损耗和电费支出。
2.降低修井频率，节约了修井费用和材料费用
此系统提供了各种保护功能，有效的保护水源井潜水泵、电机及线路等，降低了修井频率。吴起作业区2012年上修水源井30次，每次上修作业费0.6万元，潜水泵、电机费用1.8万元，每次上修发生费用2.4万元，按修井频率降低50%计算年节约修井费用36万元。
六、结论及认识
1.实现了资源共享，异常情况及时发现、及时处理，运行数据及时存储，对掌握水源井运行规律有重要意义。
2.潜水泵能运行在最佳平稳状态，具有短路、断路、过载、过压、欠压等各种保护功能，能有效延长维修周期，从原来的一年至一年半，到现在的二年至二年半，降低水源井运行成本。
3.解决了目前吴起作业区水源井水位没有历史记录问题，实现了远程监控、启停泵，提高了管理效率，降低了现场职工的工作强度。为吴起油田正常化生产提供了可靠的监控节能保护设备，为全面建设数字化油田创造了条件。
4.功率因数均达到了0.98以上，综合节能平均达20%以上，同时降低了泵的维修周期，节能效果十分可观。水源井数字化节能保护远程监控系统的推广应用，既能满足现阶段数字化油田建设和节能减排的需要，又节约了成本。该系统如果能大面积推广应用，将产生巨大的经济效益和社会效益。