注水井太阳能稳流配水技术

时间：2024-07-28

陆小兵陈阵李花花杨帆

(中国石油集团长庆油田分公司)

1 工艺提出

长庆油田在区域构造上属鄂尔多斯盆地，该区太阳能资源丰富，属于太阳能资源二类地区，年平均日照时间在2880h左右，年太阳总辐射为5200MJ/m2以上，前景十分可观，有较好的太阳能利用开发条件。

近年来，为减少地面注水管网投资，长庆油田在管网设计上多采用单管多支工艺+稳流配水工艺流程，其中，高压稳流自控仪可根据注水井吸水能力差异和注水系统压力波动进行单井注水量的自动调节，实现油田精细注水。但在个别超前注水偏远区块，由于井场不通大电，高压稳流自控仪电机不能进行正常运转，只能依靠人工进行调节，调节工作繁琐，员工劳动强度大，超注、欠注的现象发生频繁，难以实现平稳注水。为了减轻员工劳动强度并达到精细注水的目的，在超低渗透油藏华庆油田试验了太阳能稳流自控仪，实现了偏远区块的精细注水。

2 太阳能稳流自控仪的结构和原理

(1)基本结构(图1)

太阳能稳流自控仪由供电部分和稳流自控仪两部分组成，其中，供电部分由太阳能板、蓄电池和逆变器构成。

太阳能电池板：太阳能发电系统中的核心部分。作用是将太阳能转化为电能，送往蓄电池中存储起来，并推动负载工作。

太阳能控制器：控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。温差较大的地方，控制器还具备温度补偿的功能。

蓄电池：采用免维护太阳能专用电池，其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

逆变器：太阳能直接输出DC12V，通过逆变器将其转换为AC220V，可为仪表提供电能。

图1 太阳能稳流自控仪结构示意图

稳流自控仪部分由流量计、流量阀和控制器构成，在流量阀的控制执行机构中安装减速装置交流电机,根据瞬时流量的大小进行实时的控制。

(2)基本原理

太阳能稳流自控仪由太阳能板将太阳能转换为24V直流电压，再通过逆变器转换为220V交流电，供给高压稳流自控仪，稳流自控仪的控制器根据流量计的流量数据与设定值进行比较,若实际的瞬时流量小于设定值或大于设定值,且该误差值大于预先设定的范围,就会发出指令,驱动220V交流电电机正旋或反旋来调节阀门,以保持流量等于或接近设定值，达到油田精细注水的要求。

(3)参数确定

为了保证在夜间和阴雨天气情况下稳流自控仪正常运行，需配套铅酸电池，将多余的电能输送到铅酸电池中存储起来，达到现场恶劣天气情况下仍能实现稳流配水的要求。因此，需对太阳能电池板和铅酸电池参数进行选择。

通过测试发现，控制器的电机功率为70W，正常工作时间为开启200ms、停止3s，平均耗电5W，显示器耗电功率为3W，若逆变器的转换效率为80%，则当输出功率为8W时，实际需要输出功率应为8W÷80%=10W，那么一天耗电量为10W×24h=240Wh。按每日有效日照时间为10h计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为240Wh÷10h÷70%=34W(70%是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率)。考虑现场阴雨天气无阳光照射，那么则需选定电瓶电压为24V、负载功率为8W、电瓶容量为33Ah的蓄电池，才能满足现场3天(72h)的正常工作需要。

3 试验及推广应用情况

为解决个别超前注水区块井场不通大电带来的调配难问题，2011年在超低渗透油藏华庆油田引进了5套太阳能稳流自控仪进行前期试验，通过现场试验表明，在夜间和阴雨天气情况下可持续工作5～7天，基本满足了现场恶劣天气情况下稳流配水的要求。同时，根据现场稳流配水情况来看，安装太阳能稳流控制仪后注水量平稳，满足了油藏精细注水的需要(详见表1)。如白264-57井，该井配注30m3，要求每2h流量为2.25～2.75m3,通过太阳能稳流注水前后数据试验曲线结果对比可以看出,安装太阳能流量自控仪后曲线趋势平稳，完全能够满足精细注水要求，应用效果较好(图2)。

表1 现场应用情况对比分析表

图2 白264-57井太阳能稳流注水前后数据对比曲线