风网互补技术在丛式井组的应用探讨

郭占春王林平李合远杨会丰常振武魏立军

1.长庆油田分公司 质量管理与节能处 （陕西 西安 710018）

2.长庆油田分公司 油气工艺研究院 （陕西 西安 710021）

3.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 （陕西 西安 710018）

4.长庆油田分公司 第三采油厂质量安全环保科 （宁夏 银川 750001）

风网互补技术在丛式井组的应用探讨

郭占春1王林平2,3李合远4杨会丰2,3常振武1魏立军2,3

1.长庆油田分公司 质量管理与节能处 （陕西 西安 710018）

2.长庆油田分公司 油气工艺研究院 （陕西 西安 710021）

3.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 （陕西 西安 710018）

4.长庆油田分公司 第三采油厂质量安全环保科 （宁夏 银川 750001）

介绍了长庆油田地区风能资源测试、统计和分析的方法，得出了长庆油田基本位于风能可利用区的结论；针对长庆油田现状，提出了分布式风网互补供电系统在油田丛式井组上应用的方案；并对风力发电进行了效果测试分析。

风能资源评估 风网互补 风力发电 丛式井组

引言

随着油气产量快速增长、产能建设急速推进，长庆油田面临着机采、注水、集输、热力和电力五大系统能耗总量持续攀升的态势，致使节能工作难度加大；长庆油田的大发展要立足开发低渗透、走低成本战略，建设节约型企业，实现油田经济有效开发，必须解放思想，转变观念，寻求新的节能途径。

长庆油田既是产能大户,也是耗能大户,如何降低能耗、减少生产成本，已经成为开展节能生产的迫切需求；长庆油田地域辽阔，风能资源有利用价值，开展风力发电技术适用性研究对节能减排、发展低碳经济有着重要的意义。

长庆油气区区域特征及风能资源分布

1 地域特征

长庆油气区主要工作区域在鄂尔多斯盆地及周边地区，分布范围达 37万km2，横跨陕甘宁蒙晋五省区。北部沙漠草原，南部黄土高原。由于长庆油田山高沟深的特点，多为丛式井组进行开发方式，具有钻前投资费用低、节省土地、易于管理等特点。抽油机为变载设备，常常处在“大马拉小车”状态下运行。长庆油田油气开发难度大，单井产量低，属于典型的“三低”油气田，地面条件复杂，集输管线长，加热点多，自用油耗量大，耗电量大。由于特殊的地理环境和地质条件，生产基础的限制，单位产品耗能相对较高，节能降耗的空间相对较小。

2 风能资源分布及特征

（1）长庆油田风能资源宏观评估

通过中央气象局风能太阳能评估中心统计的我国有效风功率密度分布图（图 1）、全年风速大于3m/s小时数分布图[1,2]和陕甘宁蒙地区有效风功率密度图（图2）、全年风速大于3m/s小时数分布图，宏观上可以得出：榆林长城沿线有较好的风能资源，特别是定边地区，风能资源优势明显。

此外，定边和盐池位于陕西宁夏交界地区，属大陆性温带季风气候，在每年冬春季节风力最强，风能资源丰富地区最大风力可达7～8级，区内无台风，最大风速小于对风力发电机叶片产生破坏的风速，适合风力发电机组全年运行。

图1 全国有效风功率密度分布图

图2 长庆油田风能分布图

（2）长庆油田风能测试评估

风资源测试和评估水平直接影响风电设备选址以及发电量的预测，最终反映为风电设备建成后的实际发电量[3]。而仅从宏观上不能准确评估油田地区的风能资源，所以开展风能资源测试评估对提高风力发电的经济效益至关重要。为了能随时对风能资料进行监测和分析，采用了一种基于GPRS无线传输系统的测风仪器进行风速和风向的测量。根据当地气象站近10年风能数据和长庆测试点的实测数据分析研究，估算出长庆油气区部分区域可利用小时数如表1，表2是中国气象科学研究院规定的风能区域划分。

表1 长庆油气区部分区域可利用小时数

表2 中国气象科学研究院规定的风能区域划分原则

通过两组数据对比，进一步验证长庆油田具备风力发电的客观条件。

通过对气象局近10年风能资料和所建测风点的自测数据进行分析研究，得出长庆油气区年平均风速在3m/s，属于风能可利用区，而且年可利用小时数较大，为长庆油气区开展风电技术提供了客观条件。

风能应用技术发展现状

风能是不稳定的，如果没有储能装置或与其他发电装置互补运行，风力发电装置本身难以提供稳定的电能输出。目前国内外常见的风力发电系统的供电方式主要有：独立运行、并网运行和分布式风网联合互补型[4]。

独立运行又称离网型，需要采取相应的储能措施。

并网运行就是采用风力发电机与电网连接，由电网输送电能。

分布式风网联合互补供电方式，是指直接将风力发电设施布置在负载附近，并与电网同时向负载供电的方式，无需上网。

风能技术在长庆油田丛式井组的应用

1 运行方式的选择

长庆油气区生产需持续供电，若配备蓄电池组进行储能，则使发电成本大大增加，所以独立运行的风力发电技术在长庆油气区能否应用，还有待进一步论证；在风能资源好、用电量比较大的地方可以采用并网运行方式，所发风电统一输送到电网，集中使用；分布式风网联合互补供电系统采用中小型风力发电机，尺寸小，安装运输灵活，对安装位置的选址条件要求不高，而且具有就近即发即用的特点，减少输电损失。

鉴于风电应用摸索阶段，长庆油田在应用风电方面采用中小机型，风网联合互补型的供电模式。

2 xx井组风网互补供电方案

为有效利用井组上的风能资源，系统采用风网互补控制供电系统，且要实现风力发电优先使用，不管发电功率有多大都优先给抽油机供电，不足部分再用网电补充，整个系统风电供电为主，网电补充为辅。方案设计时，必须首先考虑抽油机生产的连续性、稳定性。

图3为风网互补供电系统现场实施方案。图4为现场安装效果图。3台抽油机和1台风力发电机组成一个风网系统。风机所发交流电整流为直流电送到所在区域直流母线网上，并被分配到抽油机风网互补供电控制箱，同时网电也经整流装置接到所在区域直流母线网上，每个抽油机风网互补供电控制箱通过抽油机变频控制柜后连接1台抽油机。

该方案的特点是将风网互补这个供电系统作为一个相对独立的供电电源，代替单独的网电给设备负载供电。

在该方案中，网电接入风网互补控制供电箱，将380V交流电整流转换成直流电，接入直流母线。风力机运行所发出的电能通过风力发电机整流控制箱，用电压源电流源转换技术将整流升压稳压在一个比网电整流电压稍高的电压值，然后连接到风网互补控制器的直流母线上。由于风电和网电之间存在一个微小的电压差，而风电整流电压又稍高于网电整流电压，所以不管风大风小系统都将优先使用风电。

长庆油田受低压、低渗等储层物性影响，单井产液量比较低，使得电机处于“大马拉小车”的现象，本系统在抽油机前增加了变频控制柜，将风网互补控制供电箱的直流电逆变成交流电，并采用变频方法，可根据油井井下具体情况，通过调节输出频率的方法，方便快捷的调节机采参数，实现对抽油机进行变频控制。

3 风电运行数据

通过一个月运行情况来看，结合风能资源评估结果，绘制出2010年6月日发电量与日平均风速的变化曲线（图5）。

图3 风网互补系统示意图

图4 现场实物图

测试风电与网电的整流电压可以看出，风电整流电压为513V，网电整流电压为510V,风电整流电压高于网电整流电压，实现风电优先使用的目的。

4 经济效益和社会效益

在风资源充足的丛式井组应用风电的情况下，将大大降低网电用电量，而且减少大量有毒有害气体的排放，节能减排效果明显。随着国家政策扶持力度的加大、技术不断成熟完善和成本的降低，风能的应用前景相当明朗。

结论

（1）长庆油田具备开展风能技术的客观条件；

（2）风网互补供电系统用于丛式井组，无需上网，随发随用；采用变频技术，解决了抽油机“大马拉小车”的问题；

（3）长庆油田既是产能大户,也是耗能大户,开展风电技术应用研究对长庆油田节能减排工作有着重要的意义。

[1]薛桁,朱瑞兆,杨振斌,等.中国风能资源贮量估算[J].太阳能学报，2001，22（2）：167-170.

[2]宫靖远.风电场工程技术手册[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]张洋，刘雪枫，李强.风资源评估综述[J].水利水电机械，2007，29（5）：72-75.

[4]李俊峰,高虎,王仲颖,等.2008中国风电发展报告[M].北京：中国环境科学出版社，2008.

An introduction is given to the testing,statistical and analytical methods of wind energy resource in Chanagqing Oilfield. Then it is concluded that Changqing Oilfield is located in the area where wind energy resource is available.According to the status quo of Changqing Oilfield,the program is proposed that is about the application of the power supply system of distributed wind power grid complementary to oilfield cluster well group.Meanwhile,an analysis is carried out on the effect test of wind power generation.

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郭占春（1963-），男，高级工程师，现任长庆油田质量管理与节能处处长，主要从事油田质量管理和节能管理工作。

2010-09-14