采油井場(chǎng)工況監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用

李婉君（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心計(jì)量檢定測(cè)試所）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用對(duì)智能化、數(shù)字化油田建設(shè)起到了良好的促進(jìn)作用?！奥?tīng)數(shù)字指揮、讓數(shù)字說(shuō)話(huà)”的數(shù)字化管理，有效降低生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)效率[1]?！皹?biāo)準(zhǔn)化與數(shù)字化”，造就了一套符合油田地下油氣開(kāi)發(fā)和地面建設(shè)優(yōu)化簡(jiǎn)化需求的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，統(tǒng)一油氣田開(kāi)發(fā)工藝、流程布局，統(tǒng)一井組、井站設(shè)計(jì)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，使油氣田建設(shè)按照“組裝”、“復(fù)制”的模式低成本擴(kuò)張，優(yōu)化了油水井生產(chǎn)系統(tǒng)，以此提高建設(shè)效率、生產(chǎn)運(yùn)行效率，降低了油氣開(kāi)發(fā)投資成本。為此，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出了以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)的采油井場(chǎng)工況監(jiān)控系統(tǒng)在油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，并按照生產(chǎn)流程設(shè)置勞動(dòng)組織結(jié)構(gòu)，新模式實(shí)現(xiàn)了扁平化管理，取得了良好應(yīng)用效果。

1 系統(tǒng)組成

采油井場(chǎng)工況監(jiān)控系統(tǒng)主控系統(tǒng)（即油水井生產(chǎn)指揮系統(tǒng)）設(shè)置在采油管理區(qū)生產(chǎn)調(diào)度中心，該系統(tǒng)主要由智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)、自動(dòng)配水和智能流量計(jì)量系統(tǒng)、示功圖油井自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析診斷系統(tǒng)、智能報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急救援保障系統(tǒng)和電子巡井系統(tǒng)組成。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)：安裝在各計(jì)量站、中轉(zhuǎn)站、集油站等油井生產(chǎn)關(guān)鍵站點(diǎn)，各站點(diǎn)采集的實(shí)時(shí)視頻信號(hào)經(jīng)光纜傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)：通過(guò)油井控制柜采集油井電流、電壓、沖程、沖速、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電量、無(wú)功電量、動(dòng)液面和示功圖等油井實(shí)時(shí)生產(chǎn)參數(shù)，采集后用無(wú)線信號(hào)傳輸給計(jì)量站的井站數(shù)據(jù)采集終端，每口油井的套壓、回壓和溫度信號(hào)經(jīng)無(wú)線壓力變送器和無(wú)線溫度變送器傳輸給計(jì)量站的井站數(shù)據(jù)采集終端（RTU），井站數(shù)據(jù)采集終端采集的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)光纜傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)。油井控制柜主要有普通油井控制柜和變頻節(jié)能控制柜兩種，每種油井控制柜都采用弱電系統(tǒng)和強(qiáng)電系統(tǒng)分離等標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范設(shè)計(jì)，油井實(shí)時(shí)生產(chǎn)參數(shù)的采集和控制信號(hào)的傳輸主要通過(guò)1 臺(tái)32 位PLC 來(lái)完成。

自動(dòng)配水和智能流量計(jì)量系統(tǒng)：通過(guò)各配水站安裝智能流量計(jì)自動(dòng)配水穩(wěn)水流量，并將采集到各注水井的流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)配水站數(shù)據(jù)采集終端控制器將采集信號(hào)經(jīng)光纜傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)。當(dāng)需要調(diào)整各注水井注水流量時(shí)，主控系統(tǒng)發(fā)出配水流量調(diào)整指令，經(jīng)數(shù)據(jù)采集終端控制器將調(diào)整指令給控制閥門(mén)，從而達(dá)到自動(dòng)配水的目的。

示功圖油井自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)：對(duì)于正常生產(chǎn)的油井，根據(jù)每天油井示功圖和泵的理論排量，計(jì)算出油井產(chǎn)液，通過(guò)輸入油井的含水率和原油密度，就可以獲得每口油井的產(chǎn)量。對(duì)于生產(chǎn)不正常的油井，進(jìn)行人工量油后對(duì)自動(dòng)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析診斷系統(tǒng)：根據(jù)油井示功圖進(jìn)行在線分析，根據(jù)功圖情況判斷油井生產(chǎn)狀況是否正常。對(duì)連噴帶抽、碰泵、上下閥漏失、活塞遇卡、抽油桿斷脫、活塞脫出工作筒、機(jī)械性跳動(dòng)、載荷傳感器漂移、載荷傳感器損壞、位移傳感器損壞或不同步等不同故障問(wèn)題進(jìn)行綜合分析診斷。

智能報(bào)警系統(tǒng)：它包括油井管道原油泄漏報(bào)警、油井停機(jī)故障報(bào)警和非工作人員闖入生產(chǎn)監(jiān)控區(qū)域報(bào)警。油井管道原油泄漏報(bào)警經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)管道壓力檢測(cè)發(fā)現(xiàn)異常變化，由主控系統(tǒng)發(fā)出油井管道原油泄漏報(bào)警信號(hào)，通過(guò)及時(shí)通知采油維護(hù)站相關(guān)人員迅速進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。油井停機(jī)故障報(bào)警由油井控制柜發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，經(jīng)主控系統(tǒng)及時(shí)通知采油維護(hù)站相關(guān)人員迅速進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。當(dāng)非工作人員闖入生產(chǎn)監(jiān)控區(qū)域時(shí)，經(jīng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)報(bào)警，并對(duì)擅自闖入生產(chǎn)監(jiān)控區(qū)域的人員現(xiàn)場(chǎng)喊話(huà)，警告其已進(jìn)入生產(chǎn)危險(xiǎn)區(qū)域，讓其迅速離開(kāi)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)喊話(huà)不能阻止擅自闖入生產(chǎn)監(jiān)控區(qū)域的人員離開(kāi)時(shí)，及時(shí)通知采油維護(hù)站相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。

應(yīng)急救援保障系統(tǒng)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和相關(guān)應(yīng)急處置預(yù)案（應(yīng)急資源和應(yīng)急物資配置、應(yīng)急救援人員和通訊聯(lián)系方式、應(yīng)急救援保障指揮中心等情況），一旦發(fā)生生產(chǎn)事故，及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急救援保障系統(tǒng)，確保以最快的速度到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)。井場(chǎng)事故應(yīng)急救援主要有井站硫化氫中毒事故應(yīng)急救援、油井原油管道泄漏事故應(yīng)急救援、油井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)井噴事故應(yīng)急救援、油井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)高空墜物傷人事故應(yīng)急救援、井站火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急救援和采油井場(chǎng)觸電事故應(yīng)急救援等。

電子巡井系統(tǒng)：可以采取自動(dòng)電子定時(shí)巡井方式，也可以手動(dòng)電子巡井方式，對(duì)采油井場(chǎng)工況和油水井生產(chǎn)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況進(jìn)行巡回檢查，及時(shí)掌握各油水井生產(chǎn)狀況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)作出現(xiàn)場(chǎng)處理?？梢杂行Ы鉀Q油井現(xiàn)場(chǎng)特別是夜間無(wú)人值守問(wèn)題，真正實(shí)現(xiàn)采油井場(chǎng)工況遠(yuǎn)距離監(jiān)控。

2 系統(tǒng)功能與特點(diǎn)

2.1 功能

1）實(shí)時(shí)刷新顯示油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過(guò)油水井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)收集至數(shù)據(jù)庫(kù)，并統(tǒng)一歸檔處理。可通過(guò)油田局域網(wǎng)客戶(hù)端對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查閱觀察處理。

2）準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的油井工況診斷。可以依據(jù)采集的各類(lèi)進(jìn)行組合判斷，對(duì)油井常見(jiàn)異常問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)業(yè)診斷，提供準(zhǔn)確的油井狀態(tài)報(bào)告信息，如通過(guò)診斷提供抽油桿斷脫、三相不平衡、皮帶斷落等油井專(zhuān)業(yè)會(huì)診信息。

3）便于報(bào)表輸出?？商峁?zhuān)業(yè)的輸出報(bào)表，同時(shí)可以打印。

4）專(zhuān)業(yè)圖形繪制?？梢岳L制示功圖、電流圖、電功率圖三種專(zhuān)業(yè)分析圖形，并提供多個(gè)圖形的疊加分析，還可調(diào)用、存儲(chǔ)、管理和打印圖形數(shù)據(jù)。

5）全過(guò)程生產(chǎn)監(jiān)控和分析預(yù)警。應(yīng)用生產(chǎn)指揮系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行QHSE 動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，杜絕違章操作，提升標(biāo)準(zhǔn)化管理水平。

6）全方位優(yōu)化調(diào)整。根據(jù)油水井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算分析，提出優(yōu)化生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體優(yōu)化，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.2 特點(diǎn)

1）系統(tǒng)完全由一套針對(duì)油井測(cè)量設(shè)計(jì)的軟件和硬件組成，可以實(shí)現(xiàn)全部油井狀態(tài)的精確測(cè)量和控制。硬件和軟件即裝即用，真正快速實(shí)現(xiàn)對(duì)油井狀態(tài)的監(jiān)控。

2）針對(duì)各種不同類(lèi)型油井，統(tǒng)一提供全套規(guī)一化的油井參數(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)支持模塊化的擴(kuò)展。在客戶(hù)端即可方便添加油井測(cè)量點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)油井添加及系統(tǒng)擴(kuò)容。

3）該系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)函蓋完備的沖程、沖速、回壓、套壓、溫度等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，電流、電壓、電功率、功率因素、有功電量、無(wú)功電量等全套的電能數(shù)據(jù)，井站現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。針對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量出的油井測(cè)試數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以提供電流平衡度、功率平衡度、地面效率等計(jì)算數(shù)據(jù)。

4）該系統(tǒng)針對(duì)20 余種各類(lèi)型油井異常狀態(tài)，提供豐富精細(xì)的專(zhuān)業(yè)診斷和分析。對(duì)油井工作中常見(jiàn)的停電、停機(jī)、曲柄銷(xiāo)脫離、回壓異常、缺相及電流異常、油井抽空、抽油桿斷脫、三相電流不平衡、皮帶斷落等均能一一提供診斷，并及時(shí)提供專(zhuān)業(yè)的報(bào)警信息，最大限度地幫助油井維護(hù)人員分析油井出現(xiàn)的異常情況。

5）能提供標(biāo)準(zhǔn)的智能設(shè)備接口，可以擴(kuò)接巡檢卡讀卡器等設(shè)備，使系統(tǒng)方便與油田人工巡井結(jié)合。同時(shí)，還提供現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工具軟件，用筆記本電腦可以檢查系統(tǒng)硬件的運(yùn)行情況并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)設(shè)置。

6）為防止采油廠突發(fā)性停電等異常情況，該系統(tǒng)可以另外配接備用電池模塊，可以將停電時(shí)以及停電后半小時(shí)內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送至主監(jiān)控站。備用電池模塊的使用情況可以通過(guò)軟件完全監(jiān)控。

7）基于C/S 模式的高速客戶(hù)端/服務(wù)器端訪問(wèn)系統(tǒng)服務(wù)器支持油田局域網(wǎng)多個(gè)客戶(hù)同時(shí)訪問(wèn)?；跀?shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)模式，為每個(gè)參與監(jiān)測(cè)的客戶(hù)提供了本機(jī)應(yīng)用的高速服務(wù)。針對(duì)安裝有系統(tǒng)客戶(hù)端的客戶(hù)，只需點(diǎn)擊系統(tǒng)圖標(biāo)，一鍵即可進(jìn)入全套應(yīng)用界面。如果筆記本電腦配有可接入油田局域網(wǎng)的無(wú)線上網(wǎng)卡，那么在任何地方都可以通過(guò)系統(tǒng)客戶(hù)端監(jiān)測(cè)全部油水井工作情況。

8）只需為每個(gè)油井監(jiān)測(cè)點(diǎn)的RTU 硬件設(shè)備配備一張具有接入油田局域網(wǎng)功能的GPRS SIM 卡，再通過(guò)系統(tǒng)所配備的工具軟件為RTU 硬件設(shè)置好服務(wù)器所在油田局域網(wǎng)的IP 地址。硬件系統(tǒng)安裝施工結(jié)束后，系統(tǒng)通電即可正常工作。安裝在服務(wù)器上系統(tǒng)服務(wù)器端軟件將自動(dòng)完成全部硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)收集和調(diào)度任務(wù)，由于系統(tǒng)出廠前已經(jīng)有一套經(jīng)典的工作參數(shù)，客戶(hù)只需直接應(yīng)用系統(tǒng)而無(wú)需更多的調(diào)試。

9）由于采用無(wú)線對(duì)局域網(wǎng)固定的IP 方式，系統(tǒng)可以充分利用GPRS 的帶寬，為中心服務(wù)器帶來(lái)穩(wěn)定性的同時(shí)，還避免了無(wú)線接收的雙向收費(fèi)問(wèn)題。針對(duì)全套系統(tǒng)的各個(gè)流程和每一個(gè)工作單元環(huán)節(jié)，系統(tǒng)均提供一整套相對(duì)獨(dú)立的保障參數(shù)。任何單元發(fā)生異常，均具備獨(dú)立的重啟機(jī)制和數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性產(chǎn)生任何影響。

10）系統(tǒng)的核心硬件采用高集成度的核心模塊，基于數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、GPRS 傳輸三位一體的設(shè)計(jì)，既提升了RTU 硬件工作流程的穩(wěn)定性，也最大程度地減少了設(shè)備的體積。室外型防水監(jiān)控箱為整個(gè)硬件設(shè)備的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行提供了保證。全套硬件設(shè)備出廠前均經(jīng)過(guò)-20～70 ℃的老化測(cè)試，令每一個(gè)終端用客戶(hù)都可以放心使用。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2014年，按照油田智能化和數(shù)字化油田示范區(qū)建設(shè)要求，將某作業(yè)區(qū)更改為采油管理三區(qū)，將原采油隊(duì)改為采油管理站，每個(gè)采油管理站下設(shè)注采、維修、資料及化驗(yàn)、后勤保障4 個(gè)分站。采油廠通過(guò)完善采油管理三區(qū)組織框架，按照“三室一中心”組建了管理區(qū)機(jī)關(guān)，在原有采油隊(duì)基礎(chǔ)上，縮減了一個(gè)管理層級(jí)，組建了注采站、維修站和資料化驗(yàn)站三類(lèi)專(zhuān)業(yè)化管理站。將系統(tǒng)主控站設(shè)在采油管理三區(qū)生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，網(wǎng)絡(luò)光纖通訊線纜架設(shè)到各井站，各油井?dāng)?shù)據(jù)采集信號(hào)通過(guò)無(wú)線方式傳輸?shù)礁骶緮?shù)據(jù)采集終端，井站數(shù)據(jù)采集終端將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集到的所有數(shù)字信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)光纖通訊線纜傳輸?shù)缴a(chǎn)調(diào)度指揮中心的主控站，并實(shí)現(xiàn)主控站控制執(zhí)行指令對(duì)各井站信息的雙向?qū)崟r(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)采油井場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程全程監(jiān)控、全程分析預(yù)警、全方位優(yōu)化調(diào)整、全方位指揮管控的功能。該系統(tǒng)還可以與油田局域網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)結(jié)，對(duì)授權(quán)用戶(hù)可以實(shí)現(xiàn)采油井場(chǎng)工況現(xiàn)象的遠(yuǎn)距離監(jiān)控和生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離讀取。

4 實(shí)施效果

節(jié)能降耗效果明顯。通過(guò)強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析，完善油水井日常單井工況分析規(guī)范，開(kāi)展示功圖量油對(duì)比、示功圖分析、溫度變化分析、電量分析、躺井預(yù)警，確保油井在最優(yōu)合理工況區(qū)生產(chǎn)，平均沖速下降了1.3 min-1，平均泵效增加10.2%，日耗電量減少2139 kWh，累計(jì)節(jié)電69.3×104kWh。強(qiáng)化油井生產(chǎn)監(jiān)控。應(yīng)用電子巡檢系統(tǒng)，及時(shí)掌握油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，縮短了躺井和管線穿孔的發(fā)現(xiàn)時(shí)間，油井時(shí)率達(dá)到97.99%，與系統(tǒng)應(yīng)用前相比上升5.55%。加強(qiáng)水井治理。水井安裝恒流量注水撬塊后，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)手工調(diào)水向自動(dòng)調(diào)水的轉(zhuǎn)變，水井的工況得到了改善，層段合格率由77.9%上升到86%。加強(qiáng)生產(chǎn)監(jiān)控。應(yīng)用生產(chǎn)指揮系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行QHSE 動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，杜絕違章操作，提升了標(biāo)準(zhǔn)化管理水平。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，采油井場(chǎng)工況監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，智能化、自動(dòng)化和數(shù)字化程度高，它的應(yīng)用不僅實(shí)現(xiàn)了油田基層管理模式的創(chuàng)新，而且充分發(fā)揮信息化設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程全程監(jiān)控、全程分析預(yù)警、全方位優(yōu)化調(diào)整、全方位指揮管控的功能，實(shí)現(xiàn)了工作效率和工作質(zhì)量的提升，系統(tǒng)整體節(jié)能降耗和降本增效效果明顯，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]朱益飛.物聯(lián)網(wǎng):未來(lái)重要的信息技術(shù)［J］.賽爾電氣應(yīng)用,2012,10(12):112-114.