CN115510684A - 独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，属于油田人工举升技术领域。所述方法包括：收集油井生产数据；优化所述油井生产数据，包括：优化间歇采油制度；优化光伏组件总功率；优化光伏组件连接方式及光伏组件个数；优化蓄电池容量及蓄电池个数；优化逆变器功率；以及优化控制器的控制原则；基于优化后的油井生产数据形成优化方案。本方法既可以利用光伏发电技术解决转抽用电困难，也可以进一步挖掘此类井剩余可采储量，同时还可以通过自动间歇抽油的方式实现供采平衡，为偏远无电井提供了一种新的提产提效路径。

Description

独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法

技术领域

本发明涉及油田人工举升技术领域，具体地涉及一种独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法以及一种独立式光储一体的油井间抽生产系统。

背景技术

在油田生产现场，因工业电网供电投资费用高、油井关停后存在电力设备浪费等问题，所以在偏远地区的油井多未配套电网，这类井主要依靠地层天然能量间歇自喷生产，或者依靠柴油发电机发电结合人工举升设备生产。

间歇自喷生产方式存在的问题是随着地层压力降低、油井自喷能力减弱，造成产液量日益降低，影响油田产量，亟需通过机械采油生产方式挖掘油井剩余可采储量。

柴油发电机发电生产方式投资及运行费用高，CO2排放量大，空气污染严重，对柴油发电机的管理劳动强度大且存在安全隐患，所以亟需转换供电方式降低用电成本。

同时，因为此类井位置偏远，无法采取注水方式补充地层能量。因此，若采用机械采油方式连续抽油，将造成油套环空动液面快速下降，导致抽油泵泵效降低、杆管无效磨损加大。所以亟需采用间歇采油的生产方式控制液面恢复，在挖掘剩余可采储量的同时，保障供采平衡。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法以及一种独立式光储一体的油井间抽生产系统，针对目前油田上存在的偏远地区的无电井，本发明利用光伏发电技术解决转抽用电困难，进一步挖掘此类井剩余可采储量，同时通过自动间歇抽油的方式实现供采平衡，为此类偏远无电井提供了一种新的提产提效路径。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，所述油井间抽生产系统包括光伏组件、汇流箱、控制器、蓄电池、逆变器和间歇采油控制装置；其特征在于，所述方法包括：

收集油井生产数据；所述油井生产数据至少包括：间歇采油制度、光伏组件总功率、光伏组件连接方式及光伏组件个数、蓄电池容量及蓄电池个数、逆变器功率、控制器的控制原则；

优化所述油井生产数据；

基于优化后的油井生产数据生成优化方案。

可选的，优化间歇采油制度，包括：制定开井时间以及制定关井时间。

可选的，所述制定开井时间，包括：

根据地层供液能力及泵抽参数制定开井时间，计算公式如下：

式中：T_k为开井时间；A为油套环空截面积；Q_l为油套环空内液量体积；Q_b为泵的单次理论排量；η为泵效；n为冲次；Q为地层供液能力。

可选的，所述制定关井时间，包括：

根据油藏地层供液能力制定关井时间，计算公式如下：

式中：T_g为关井时间；A为油套环空截面积；Q为地层供液能力；P_l为井底流压；P_T为套管压力；f_w为含水率；H为泵挂深度距离油藏中深的距离。

可选的，优化光伏组件总功率，包括：

根据抽油机装机功率、负载特性以及油井间歇采油制度，结合油井所在地太阳辐射参数，制定光伏组件总功率，制定公式如下：

式中：P为光伏组件总功率；N_r为抽油机电机额定功率；RL为抽油机电机负载率；R为光伏系统容配比；A为油井所在地年有效辐照小时数；η—光伏发电系统的综合系统效率；T_k为合理开井时间；T_g为合理关井时间。

可选的，所述优化光伏组件连接方式及光伏组件个数，包括：

根据光伏组件技术参数确定光伏组件串并联连接方式；

确定光伏组件的串联数和并联数，进而确定光伏组件总数；

光伏组件的串联数的计算公式如下：

光伏组件的并联数的计算公式如下：

光伏组件总数的计算公式如下：

Z＝N×B；

上式中，N为光伏组件的串联数；B为光伏组件的并联数；Z为光伏组件总数；V为系统工作电压；V_max为光伏组件峰值电压；P_i为光伏组件峰值功率，P为光伏组件总功率。

可选的，优化蓄电池容量及蓄电池个数，包括：

根据间抽井运转时长及油井所在地连续阴雨天数，确定蓄电池容量；

基于蓄电池容量选择蓄电池规格，进而确定蓄电池串联数；

蓄电池容量的确定公式如下：

蓄电池串联数的确定公式如下：

上式中，W为蓄电池容量；X为蓄电池串联数；D为油井所在地连续阴雨天数；RL为抽油机电机负载率；η_c为转换效率；DOD为蓄电池放电深度；V_x为所选蓄电池额定电压，V为系统工作电压。

可选的，优化逆变器功率，包括：

根据最大峰值负荷的功率确定逆变器功率，确定公式如下：

式中，P_n为逆变器额定功率；U为抽油机电机工作相电压；I_max为抽油机电机工作最大电流。

可选的，优化控制器的控制原则，包括：

保证控制器的控制原则满足以下要求：

(1)控制器额定电压≥蓄电池组串联电压；

(2)控制器额定电流≥光伏组件并联电流；

(3)控制器在蓄电池充满时断开以及在蓄电池欠压时断开。

本发明第二方面提供一种独立式光储一体的油井间抽生产系统，包括光伏组件、汇流箱、控制器、蓄电池、逆变器和间歇采油控制装置，该系统采用权利要求1-9中任一项所述的方法进行系统优化。

本发明的有益效果：

本发明根据油井供液情况优化间歇采油制度，再由间歇开采制度优化光伏发电系统，最终形成了一种独立式光储一体的油井间抽生产系统优化方法，既可以利用光伏发电技术解决转抽用电困难，也可以进一步挖掘此类井剩余可采储量，同时还可以通过自动间歇抽油的方式实现供采平衡，为此类偏远无电井提供了一种新的提产提效路径。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的一种独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法的流程图；

图2是本发明一种实施方式提供的一种独立式光储一体的油井间抽生产系统的结构示意图；

图3是本发明一种实施方式提供的一种间歇采油控制装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明一种实施方式提供的一种独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，所述方法包括：

S1：收集油井生产数据。

可以理解的是，本实施例所述的油井生产数据是指油井间抽生产系统在运行过程中产生的数据，包括：间歇采油制度、光伏组件总功率、光伏组件连接方式、光伏组件个数、蓄电池容量、蓄电池个数、逆变器功率、以及控制器的控制原则等。

需要说明的是，本实施例所述的油井间抽生产系统主要由光伏组件、汇流箱、控制器、蓄电池、逆变器和间歇采油控制装置组成，如图2所示。

其中，逆变器、控制器可做成一体机，或用四象限变频器代替逆变器。

采用四象限变频器代替逆变器的情况下，光伏电能的利用率能够高出原来的20％以上。

间歇采油控制装置主要由定时器、延时继电器、语音报警器及相关接线端子组成，如图3所示。

如果未采取四象限变频器代替变频器的话，还需要增加普通变频器。定时器可根据优化设计的间歇采油制度控制油井电机自动启停。语音报警器可在启抽前语音报警60秒，避免人员伤亡。

S2：优化间歇采油制度。

对于偏远无电油井，间歇采油既可以提高抽油泵效、减缓无效杆管磨损，也可以减少光伏系统总功率及投资成本，所以优化间歇采油制度是首要的。

具体的，在本实施例中，根据油井供液能力优化间歇采油制度，具体包括：制定合理的开井时间与关井时间。

将优化后的开井时间与关井时间录入自动间歇采油控制装置，实现油井自动启停，减轻现场劳动强度。

具体的，在本实施例中，根据地层供液能力及泵抽参数制定合理开井时间，根据以下公式计算：

式(1)中：T_k为合理开井时间，单位为小时(H)；Q_l为油套环空内液量体积，单位为立方米(m³)；Q_b为泵的单次理论排量，单位为立方米(m³)；η为泵效，小数(％)；n为冲次，单位为次每分钟(次/min)；Q为地层供液能力，单位为立方米每天(m³/d)。

具体的，在本实施例中，根据油藏地层供液能力制定合理关井时间，计算公式如下：

式(2)中：T_g为合理关井时间，单位为小时(H)；A为油套环空截面积，单位为平方米(m²)；Q为地层供液能力，单位为立方米每天(m³/d)；P_l为井底流压，单位为兆帕(Mpa)；P_T为套管压力，单位为兆帕(Mpa)；f_w为含水率，小数(％)；H为泵挂深度距离油藏中深的距离，单位为米(m)。

S3：优化光伏组件总功率。

具体的，在本实施例中，根据抽油机装机功率和负载特性以及油井间歇采油制度，结合当地太阳辐射参数，优化制定光伏组件总功率，计算公式如下：

式中：P为光伏组件总功率，单位为千瓦(kW)；N_r为抽油机电机额定功率,单位为千瓦(kW)；RL为抽油机电机负载率，取0.3，小数；R为光伏系统容配比，取1.1；A为油井所在地年有效辐照小时数，单位为小时(H)；η为光伏发电系统的综合系统效率，取0.85；T_k为合理开井时间，单位为小时(H)；T_g为合理关井时间，单位为小时(H)。

S4：优化光伏组件的连接方式及光伏组件的总数。

具体的，在本实施中，在确定光伏组件总功率后，根据光伏组件技术参数确定光伏组件串、并联方式与组件总数，计算公式如下：

Z＝N×B (6)

式(4)、(5)(6)中：N为光伏组件串联数，取整数；B为光伏组件并联数，取整数；Z为光伏组件总数量，单位为块；V为系统工作电压，单位为伏(V)；V_max为光伏组件峰值电压，单位为伏(V)；P_i为光伏组件峰值功率，单位为瓦(W)，P为光伏组件总功率，单位为千瓦(kW)。

S5：优化蓄电池容量及蓄电池个数。

具体的，在本实施例中，根据间抽井运转时长及当地的连续阴雨天情况设计蓄电池容量，根据蓄电池容量选择蓄电池规格，从而确定蓄电池数量，蓄电池之间采用串联连接。

蓄电池容量及蓄电池串联个数计算公式如下：

式中(7)、(8)中：W为蓄电池容量，单位为安培小时(A.H)；X为蓄电池串联数，单位为块；N_r为抽油机电机额定功率,单位为千瓦(kW)；RL为抽油机电机负载率，取0.3，小数；T_k为合理开井时间，单位为小时(H)；D为油井所在地连续阴雨天数，单位为天；η_c为转换效率，取0.85，小数；DOD为蓄电池放电深度，取0.8，小数；V_x为所选蓄电池额定电压，单位为伏(V)。

S6：优化逆变器功率。

具体的，在本实施例中，根据最大峰值负荷的功率选择逆变器功率，计算公式如下：

式(9)中：P_n为逆变器额定功率，单位为千瓦(kW)；U为抽油机电机工作相电压，单位为伏(V)；I_max为抽油机电机工作最大电流，一般为电机启动电流，单位为安培(A)。

若采用四象限变频器代替逆变器，则根据抽油机电机额定功率选择四象限变频器额定功率，四象限变频器额定功率＝抽油机电机额定功率。

S7：优化控制器的控制原则。

具体的，在本实施例中，优化控制器的控制原则需要满足以下要求：

(1)控制器额定电压≥蓄电池组串联电压；

(2)控制器额定电流≥光伏组件并联电流；

(3)控制器具备蓄电池充满断开及欠压断开功能。

S8：将优化后的生产数据进行总结形成优化方案，利用该优化方案对油井间抽生产系统进行优化。

本方法基于油井供液能力优化间歇采油制度，基于油井间歇采油制度优化光伏系统(包括光伏组件、蓄电池)，相比于普通单一的光伏系统，采用间歇采油方式的光伏系统容量及投资将大幅降低。

本发明实施方式还提供一种独立式光储一体的油井间抽生产系统，所述油井间抽生产系统采用本实施例提供的一种独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法进行优化。

下面提供一个具体的实施实例。

以新疆油田某口偏远无电井为例：该井因位置偏远无电网，前期采用柴油发电连抽生产，抽油机机型为12型，电机额定功率30kw，套管内径124mm，油管外径62mm，日产液5.3t/d，日产油1.39t/d，油藏深度2423m，下泵深度1804.28m，冲程5m，冲次4次/min，泵径38mm，井底流压5MP，油压0.52MPa，套压0MPa，动液面986.8m。

A、根据目前生产数据判断油藏供液能力并制定合理间歇采油开采制度，确定合理开井与关井时间，分别为开井时间12小时、关井时间12小时；

B、抽油机装机功率、负载特性以及油井间歇采油制度，结合当地太阳辐射参数，优化制定光伏组件总功率，为26.88Kw。

C、确定光伏组件总功率后，根据所选光伏组件技术参数优化光伏组件串、并联设计与组件总数。为11/12串5并的方式连接，共56块480Wp光伏组件。

D、根据间歇开井时长及当地的连续阴雨天情况优化设计蓄电池容量、选择蓄电池规格，为250AH。

E、根据所选电池的规格(12V250AH)及系统工作电压优化制定蓄电池数量，共32块，并采用串联连接。

F、根据油井最大峰值负荷的功率选择逆变器功率，为60Kw。

G、根据所选规格的蓄电池组串联电压及所选光伏组件的并联电流优选控制器参数，为384V/80A。

H、将优化设计的间歇采油制度录入间歇采油控制装置的定时器内，调试后启抽。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (10)

1.一种独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，所述油井间抽生产系统包括光伏组件、汇流箱、控制器、蓄电池、逆变器和间歇采油控制装置；其特征在于，所述方法包括：

收集油井生产数据；所述油井生产数据至少包括：间歇采油制度、光伏组件总功率、光伏组件连接方式及光伏组件个数、蓄电池容量及蓄电池个数、逆变器功率、控制器的控制原则；

优化所述油井生产数据；

基于优化后的油井生产数据生成优化方案。

2.根据权利要求1所述的独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，其特征在于，优化间歇采油制度，包括：制定开井时间以及制定关井时间。

3.根据权利要求2所述的独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，其特征在于，所述制定开井时间，包括：

根据地层供液能力及泵抽参数制定开井时间，计算公式如下：

式中：T_k为开井时间；A为油套环空截面积；Q_l为油套环空内液量体积；Q_b为泵的单次理论排量；η为泵效；n为冲次；Q为地层供液能力。

4.根据权利要求2所述的独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，其特征在于，所述制定关井时间，包括：

根据油藏地层供液能力制定关井时间，计算公式如下：

式中：T_g为关井时间；A为油套环空截面积；Q为地层供液能力；P_l为井底流压；P_T为套管压力；f_w为含水率；H为泵挂深度距离油藏中深的距离。

5.根据权利要求1所述的独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，其特征在于，优化光伏组件总功率，包括：

根据抽油机装机功率、负载特性以及油井间歇采油制度，结合油井所在地太阳辐射参数，制定光伏组件总功率，制定公式如下：

式中：P为光伏组件总功率；N_r为抽油机电机额定功率；RL为抽油机电机负载率；R为光伏系统容配比；A为油井所在地年有效辐照小时数；η—光伏发电系统的综合系统效率；T_k为合理开井时间；T_g为合理关井时间。

6.根据权利要求5所述的独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，其特征在于，所述优化光伏组件连接方式及光伏组件个数，包括：

根据光伏组件技术参数确定光伏组件串并联连接方式；

确定光伏组件的串联数和并联数，进而确定光伏组件总数；

光伏组件的串联数的计算公式如下：

光伏组件的并联数的计算公式如下：

光伏组件总数的计算公式如下：

Z＝N×B；

上式中，N为光伏组件的串联数；B为光伏组件的并联数；Z为光伏组件总数；V为系统工作电压；V_max为光伏组件峰值电压；P_i为光伏组件峰值功率，P为光伏组件总功率。

7.根据权利要求1所述的独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，其特征在于，优化蓄电池容量及蓄电池个数，包括：

根据间抽井运转时长及油井所在地连续阴雨天数，确定蓄电池容量；

基于蓄电池容量选择蓄电池规格，进而确定蓄电池串联数；

蓄电池容量的确定公式如下：

蓄电池串联数的确定公式如下：

上式中，W为蓄电池容量；X为蓄电池串联数；D为油井所在地连续阴雨天数；RL为抽油机电机负载率；η_c为转换效率；DOD为蓄电池放电深度；V_x为所选蓄电池额定电压，V为系统工作电压。

8.根据权利要求1所述的独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，其特征在于，优化逆变器功率，包括：

根据最大峰值负荷的功率确定逆变器功率，确定公式如下：

式中，P_n为逆变器额定功率；U为抽油机电机工作相电压；I_max为抽油机电机工作最大电流。

9.根据权利要求1所述的独立式光储一体的油井间抽生产系统的优化方法，其特征在于，优化控制器的控制原则，包括：

保证控制器的控制原则满足以下要求：

(1)控制器额定电压≥蓄电池组串联电压；

(2)控制器额定电流≥光伏组件并联电流；

(3)控制器在蓄电池充满时断开以及在蓄电池欠压时断开。

10.一种独立式光储一体的油井间抽生产系统，包括光伏组件、汇流箱、控制器、蓄电池、逆变器和间歇采油控制装置，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的方法进行系统优化。

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