采油井场工况监控技术系统的应用

2015-04-05李婉君大庆油田技术监督中心计量检定测试所

石油石化节能 2015年8期

李婉君（大庆油田技术监督中心计量检定测试所）

物联网技术在油田生产中的应用对智能化、数字化油田建设起到了良好的促进作用。“听数字指挥、让数字说话”的数字化管理，有效降低生产成本，提高劳动效率[1]。“标准化与数字化”，造就了一套符合油田地下油气开发和地面建设优化简化需求的标准设计，统一油气田开发工艺、流程布局，统一井组、井站设计规划标准，使油气田建设按照“组装”、“复制”的模式低成本扩张，优化了油水井生产系统，以此提高建设效率、生产运行效率，降低了油气开发投资成本。为此，在调查研究的基础上，提出了以物联网技术应用为基础的采油井场工况监控系统在油田生产现场的应用，并按照生产流程设置劳动组织结构，新模式实现了扁平化管理，取得了良好应用效果。

1 系统组成

采油井场工况监控系统主控系统（即油水井生产指挥系统）设置在采油管理区生产调度中心，该系统主要由智能视频监控系统、生产数据实时采集系统、自动配水和智能流量计量系统、示功图油井自动计量系统、生产动态分析诊断系统、智能报警系统、应急救援保障系统和电子巡井系统组成。

智能视频监控系统：安装在各计量站、中转站、集油站等油井生产关键站点，各站点采集的实时视频信号经光缆传输到主控系统。

生产数据实时采集系统：通过油井控制柜采集油井电流、电压、冲程、冲速、有功功率、无功功率、功率因数、有功电量、无功电量、动液面和示功图等油井实时生产参数，采集后用无线信号传输给计量站的井站数据采集终端，每口油井的套压、回压和温度信号经无线压力变送器和无线温度变送器传输给计量站的井站数据采集终端（RTU），井站数据采集终端采集的实时生产数据经光缆传输到主控系统。油井控制柜主要有普通油井控制柜和变频节能控制柜两种，每种油井控制柜都采用弱电系统和强电系统分离等标准化规范设计，油井实时生产参数的采集和控制信号的传输主要通过1 台32 位PLC 来完成。

自动配水和智能流量计量系统：通过各配水站安装智能流量计自动配水稳水流量，并将采集到各注水井的流量、压力、温度等数据信号，经配水站数据采集终端控制器将采集信号经光缆传输到主控系统。当需要调整各注水井注水流量时，主控系统发出配水流量调整指令，经数据采集终端控制器将调整指令给控制阀门，从而达到自动配水的目的。

示功图油井自动计量系统：对于正常生产的油井，根据每天油井示功图和泵的理论排量，计算出油井产液，通过输入油井的含水率和原油密度，就可以获得每口油井的产量。对于生产不正常的油井，进行人工量油后对自动计量数据进行修正。

生产动态分析诊断系统：根据油井示功图进行在线分析，根据功图情况判断油井生产状况是否正常。对连喷带抽、碰泵、上下阀漏失、活塞遇卡、抽油杆断脱、活塞脱出工作筒、机械性跳动、载荷传感器漂移、载荷传感器损坏、位移传感器损坏或不同步等不同故障问题进行综合分析诊断。

智能报警系统：它包括油井管道原油泄漏报警、油井停机故障报警和非工作人员闯入生产监控区域报警。油井管道原油泄漏报警经现场管道压力检测发现异常变化，由主控系统发出油井管道原油泄漏报警信号，通过及时通知采油维护站相关人员迅速进行现场处理。油井停机故障报警由油井控制柜发出故障报警信号，经主控系统及时通知采油维护站相关人员迅速进行现场处理。当非工作人员闯入生产监控区域时，经视频监控系统将现场信号实时传输到主控系统报警，并对擅自闯入生产监控区域的人员现场喊话，警告其已进入生产危险区域，让其迅速离开。当现场喊话不能阻止擅自闯入生产监控区域的人员离开时，及时通知采油维护站相关人员进行现场处理。

应急救援保障系统：根据现场生产风险评价和相关应急处置预案（应急资源和应急物资配置、应急救援人员和通讯联系方式、应急救援保障指挥中心等情况），一旦发生生产事故，及时启动应急救援保障系统，确保以最快的速度到达事故现场。井场事故应急救援主要有井站硫化氢中毒事故应急救援、油井原油管道泄漏事故应急救援、油井作业现场井喷事故应急救援、油井作业现场高空坠物伤人事故应急救援、井站火灾爆炸事故应急救援和采油井场触电事故应急救援等。

电子巡井系统：可以采取自动电子定时巡井方式，也可以手动电子巡井方式，对采油井场工况和油水井生产实时运行情况进行巡回检查，及时掌握各油水井生产状况，发现问题及时作出现场处理。可以有效解决油井现场特别是夜间无人值守问题，真正实现采油井场工况远距离监控。

2 系统功能与特点

2.1 功能

1）实时刷新显示油水井生产数据。通过油水井生产现场采集的数据，实时收集至数据库，并统一归档处理。可通过油田局域网客户端对当前数据和历史数据进行查阅观察处理。

2）准确实时的油井工况诊断。可以依据采集的各类进行组合判断，对油井常见异常问题进行专业诊断，提供准确的油井状态报告信息，如通过诊断提供抽油杆断脱、三相不平衡、皮带断落等油井专业会诊信息。

3）便于报表输出。可提供专业的输出报表，同时可以打印。

4）专业图形绘制。可以绘制示功图、电流图、电功率图三种专业分析图形，并提供多个图形的叠加分析，还可调用、存储、管理和打印图形数据。

5）全过程生产监控和分析预警。应用生产指挥系统视频监控系统，进行QHSE 动态实时监控，杜绝违章操作，提升标准化管理水平。

6）全方位优化调整。根据油水井生产现场数据，经计算分析，提出优化生产数据，实现系统整体优化，提升系统运行效率，达到节能降耗的目的。

2.2 特点

1）系统完全由一套针对油井测量设计的软件和硬件组成，可以实现全部油井状态的精确测量和控制。硬件和软件即装即用，真正快速实现对油井状态的监控。

2）针对各种不同类型油井，统一提供全套规一化的油井参数，数据库支持模块化的扩展。在客户端即可方便添加油井测量点，实现油井添加及系统扩容。

3）该系统监控的数据函盖完备的冲程、冲速、回压、套压、温度等生产数据，电流、电压、电功率、功率因素、有功电量、无功电量等全套的电能数据，井站现场视频监控数据。针对实时测量出的油井测试数据，系统可以提供电流平衡度、功率平衡度、地面效率等计算数据。

4）该系统针对20 余种各类型油井异常状态，提供丰富精细的专业诊断和分析。对油井工作中常见的停电、停机、曲柄销脱离、回压异常、缺相及电流异常、油井抽空、抽油杆断脱、三相电流不平衡、皮带断落等均能一一提供诊断，并及时提供专业的报警信息，最大限度地帮助油井维护人员分析油井出现的异常情况。

5）能提供标准的智能设备接口，可以扩接巡检卡读卡器等设备，使系统方便与油田人工巡井结合。同时，还提供现场调试的工具软件，用笔记本电脑可以检查系统硬件的运行情况并进行现场的参数设置。

6）为防止采油厂突发性停电等异常情况，该系统可以另外配接备用电池模块，可以将停电时以及停电后半小时内的数据发送至主监控站。备用电池模块的使用情况可以通过软件完全监控。

7）基于C/S 模式的高速客户端/服务器端访问系统服务器支持油田局域网多个客户同时访问。基于数据库的访问模式，为每个参与监测的客户提供了本机应用的高速服务。针对安装有系统客户端的客户，只需点击系统图标，一键即可进入全套应用界面。如果笔记本电脑配有可接入油田局域网的无线上网卡，那么在任何地方都可以通过系统客户端监测全部油水井工作情况。

8）只需为每个油井监测点的RTU 硬件设备配备一张具有接入油田局域网功能的GPRS SIM 卡，再通过系统所配备的工具软件为RTU 硬件设置好服务器所在油田局域网的IP 地址。硬件系统安装施工结束后，系统通电即可正常工作。安装在服务器上系统服务器端软件将自动完成全部硬件设备的数据收集和调度任务，由于系统出厂前已经有一套经典的工作参数，客户只需直接应用系统而无需更多的调试。

9）由于采用无线对局域网固定的IP 方式，系统可以充分利用GPRS 的带宽，为中心服务器带来稳定性的同时，还避免了无线接收的双向收费问题。针对全套系统的各个流程和每一个工作单元环节，系统均提供一整套相对独立的保障参数。任何单元发生异常，均具备独立的重启机制和数据保护机制，不会对系统整体稳定性产生任何影响。

10）系统的核心硬件采用高集成度的核心模块，基于数据采集、存储、GPRS 传输三位一体的设计，既提升了RTU 硬件工作流程的稳定性，也最大程度地减少了设备的体积。室外型防水监控箱为整个硬件设备的长期可靠运行提供了保证。全套硬件设备出厂前均经过-20～70 ℃的老化测试，令每一个终端用客户都可以放心使用。

3 现场应用

2014年，按照油田智能化和数字化油田示范区建设要求，将某作业区更改为采油管理三区，将原采油队改为采油管理站，每个采油管理站下设注采、维修、资料及化验、后勤保障4 个分站。采油厂通过完善采油管理三区组织框架，按照“三室一中心”组建了管理区机关，在原有采油队基础上，缩减了一个管理层级，组建了注采站、维修站和资料化验站三类专业化管理站。将系统主控站设在采油管理三区生产调度指挥中心，网络光纤通讯线缆架设到各井站，各油井数据采集信号通过无线方式传输到各井站数据采集终端，井站数据采集终端将现场实时采集到的所有数字信息通过网络光纤通讯线缆传输到生产调度指挥中心的主控站，并实现主控站控制执行指令对各井站信息的双向实时传输，实现采油井场生产过程全程监控、全程分析预警、全方位优化调整、全方位指挥管控的功能。该系统还可以与油田局域网系统联结，对授权用户可以实现采油井场工况现象的远距离监控和生产信息数据的远距离读取。

4 实施效果

节能降耗效果明显。通过强化数据分析，完善油水井日常单井工况分析规范，开展示功图量油对比、示功图分析、温度变化分析、电量分析、躺井预警，确保油井在最优合理工况区生产，平均冲速下降了1.3 min-1，平均泵效增加10.2%，日耗电量减少2139 kWh，累计节电69.3×104kWh。强化油井生产监控。应用电子巡检系统，及时掌握油井生产动态，缩短了躺井和管线穿孔的发现时间，油井时率达到97.99%，与系统应用前相比上升5.55%。加强水井治理。水井安装恒流量注水撬块后，实现了传统手工调水向自动调水的转变，水井的工况得到了改善，层段合格率由77.9%上升到86%。加强生产监控。应用生产指挥系统视频监控系统，进行QHSE 动态实时监控，杜绝违章操作，提升了标准化管理水平。