自動化系統(tǒng)在火驅(qū)生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘要：隨著油田開采技術(shù)的不斷提升，油田開采效率也大大提高，特別是自動化系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于油田的生產(chǎn)、管理和建設(shè)當(dāng)中，為油田合理規(guī)劃發(fā)展提供了重要保障和技術(shù)支撐。對火驅(qū)自動化系統(tǒng)優(yōu)化前、后的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹，并重點(diǎn)圍繞單井自動化系統(tǒng)、站區(qū)數(shù)字化監(jiān)控等應(yīng)用效果做了對比分析。通過對比分析得出優(yōu)化后，油田生產(chǎn)的工作效率在很大程度上得到了提高，大大降低了現(xiàn)場員工的安全風(fēng)險，有效地減少了對人力物力的投入，強(qiáng)化了油田的管理效力。

關(guān)鍵詞：火驅(qū)；自動化系統(tǒng)；優(yōu)化改造；效果評價

Application of automatic system in Fire Flooding

ZHU Wenguang

（CNPC Xinjiang Oilfield Company，Karamay Xinjiang 834000，China）

Abstract：As the extracting techniques of oil-field continuously promoting，the extracting efficiency is also improved.Especially the automatic system is already applied to production，management and construction of oil-field，and providing important technical assistance and reasonable programming development.Onto the circumstances of automatic systems optimization，analysing the effect of applying to the automatic system of oil well and the digital monitoring system of oil-field.The analysis shows that the work efficiency is improved by automatic systems optimization，and reduced employee's safety risk and the cost，and also enhanced the management effectiveness of oil-field.

Key words：Fire Flooding；automatic system；optimization；evaluate effect新疆油田紅淺1井區(qū)火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)是熱力開采稠油油藏在吞吐后期為改善開發(fā)效果和提高采收率而開展的一項(xiàng)重大試驗(yàn)。隨著火驅(qū)油層時間的推進(jìn)，在長期高溫下運(yùn)行，造成油井管外竄槽，油區(qū)出現(xiàn)有硫化氫等有毒有害氣體滲出，造成安全隱患；火驅(qū)現(xiàn)場生產(chǎn)情況較不穩(wěn)定，各生產(chǎn)參數(shù)經(jīng)常出現(xiàn)較大變化[1]，以往對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集依靠人工巡井抄錄的方式，工作量大，對運(yùn)行數(shù)據(jù)無法進(jìn)行實(shí)時跟蹤、實(shí)時調(diào)控，導(dǎo)致油井措施不及時，機(jī)采效率也一直保持在較低水平。

火驅(qū)自動化系統(tǒng)建設(shè)，讓油井各項(xiàng)參數(shù)得到及時錄取 [2][3][4][5]，優(yōu)化人力、物力等資源配置，同時降低了硫化氫等有毒有害氣體造成的安全隱患，保障現(xiàn)場工作人員的人身安全[6][7][8]。自動化優(yōu)化改造將井區(qū)注氣計量系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、產(chǎn)量計量系統(tǒng)、大罐監(jiān)控系統(tǒng)、地層溫度監(jiān)測系統(tǒng)等重要數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，對整個試驗(yàn)區(qū)的開采研究和工藝優(yōu)化等方面具有重要意義。

1前期概況

1.1配氣間

試驗(yàn)區(qū)共有3座配氣間，承擔(dān)著13口注氣井的氣量注入與調(diào)控任務(wù)。配氣間中每條注氣管線上加裝有流量計、溫度傳感器以及壓力傳感器，將每口注氣井的參數(shù)就地傳輸至所屬配氣間的顯示屏中。為錄取注氣運(yùn)行參數(shù)，員工須到現(xiàn)場對各參數(shù)進(jìn)行抄錄，再將數(shù)據(jù)錄入報表。無法實(shí)現(xiàn)對注氣運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；對注氣過程中異常情況不能及時發(fā)現(xiàn)與處理。

1.2單井生產(chǎn)調(diào)控

通過對火驅(qū)產(chǎn)出氣組分的檢測，其中含有硫化氫、一氧化碳等有毒有害氣體。為保障油區(qū)生產(chǎn)安全，生產(chǎn)井采用油氣分輸工藝。井口引出三條管線：集油線、集氣線、蒸汽引效線。

圖1 單井地面流程

Fig.1 Surface process flow of oil well

單井生產(chǎn)參數(shù)的錄取，通過人工巡井抄錄進(jìn)行，對于在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題（如負(fù)荷過重、皮帶斷脫、停機(jī)等故障）得不到及時發(fā)現(xiàn)與處理；無法進(jìn)行實(shí)時跟蹤。

1.3計量站

火驅(qū)計量站承擔(dān)著試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)液油氣分離、單井計量、綜合計量、產(chǎn)氣脫硫處理的任務(wù)。中控室設(shè)置于計量站區(qū)域內(nèi)，試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)出油氣匯集于計量站，存在有毒有害油氣泄漏風(fēng)險，造成安全隱患。

1.4視頻監(jiān)控

油區(qū)共有視頻監(jiān)控8臺，注氣站4臺，均采用槍機(jī)式攝像機(jī)，圖像分辨率較小，較為模糊，在運(yùn)行過程中長期處于旋轉(zhuǎn)巡查狀態(tài)，易導(dǎo)致設(shè)備機(jī)械故障，期間檢修工作量大。

2自動化系統(tǒng)建設(shè)

2.1單井自動化

對試驗(yàn)區(qū)35口生產(chǎn)井安裝油井故障智能診斷和自動調(diào)參系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)油井井口油管溫度、油管壓力、載荷功圖、功率功圖、電機(jī)功率、電流、運(yùn)行頻率等數(shù)據(jù)的自動采集，并進(jìn)行自動調(diào)參，自動診斷故障，提出相應(yīng)措施建議，可將生產(chǎn)據(jù)形成報表及變化趨勢曲線。

圖2 油井設(shè)備分布概況

Fig.2 The distribution of well equipment

2.1.1油井智能控制系統(tǒng)

單井?dāng)?shù)據(jù)采集設(shè)備由油井智能控制器、溫度傳感器、載荷傳感器、角位移傳感器、壓力變送器組成，實(shí)現(xiàn)一個穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)監(jiān)控、錄取系統(tǒng)。通過智能控制柜讀取各儀表參數(shù)，繪制出油井載荷功圖，控制柜輸出電流功圖和功率圖等，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳。

2.2視頻監(jiān)控

試驗(yàn)區(qū)新增8臺高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，共分為4個機(jī)組，每組共安裝有2臺球機(jī)式攝像機(jī)，采用光纖傳輸方式監(jiān)控范圍覆蓋整個油區(qū)。

2.3注氣計量

新建三套注氣計量系統(tǒng)，分別安裝在3座配氣間內(nèi)。實(shí)現(xiàn)對各注氣井的流量、壓力、溫度監(jiān)測，根據(jù)采集到的流量數(shù)據(jù)生成單井注注氣日報和月報。

2.4中控數(shù)據(jù)傳輸

將位于計量站內(nèi)的中控室進(jìn)行改遷，并將各子系統(tǒng)匯總至此。降低了因油氣泄露造成的安全隱患，實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控。將現(xiàn)場各生產(chǎn)參數(shù)信息遠(yuǎn)傳至市區(qū)辦公區(qū)，實(shí)現(xiàn)足不出戶，遠(yuǎn)程跟蹤。

3自動化系統(tǒng)應(yīng)用效果評價

3.1單井自動化

以往單井?dāng)?shù)據(jù)全部依靠人工巡檢抄錄方式進(jìn)行，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測。如今，單井故障智能診斷和自動調(diào)參系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)油井?dāng)?shù)據(jù)自動采集的同時，對運(yùn)行狀況可實(shí)時監(jiān)控，并對油井故障進(jìn)行智能診斷，對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，提高油井管理效率。

3.1.1油井故障智能診斷

在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的同時，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，根據(jù)參數(shù)變化對油井進(jìn)行診斷及故障報警，并提出相應(yīng)的措施建議，提高了油井故障發(fā)現(xiàn)和處理效率；當(dāng)系統(tǒng)收集足夠的油井?dāng)?shù)據(jù)時，會對油井進(jìn)行統(tǒng)計分析，分析油井整體生產(chǎn)趨勢，系統(tǒng)會根據(jù)油井參數(shù)、曲線變化對抽油機(jī)運(yùn)行進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)，使運(yùn)行與地層供液能力相平衡，達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。2017年11月10日 h1363系統(tǒng)判斷游動閥漏失。

診斷依據(jù)：根據(jù)所測示功圖，上沖程時泵內(nèi)壓力降低，活塞兩端產(chǎn)生壓差使活塞上面的液體經(jīng)排出部分不嚴(yán)密的地方漏到活塞下部的工作筒內(nèi)，由于漏失到活塞下部的液體有向上的頂托作用，懸點(diǎn)載荷不能及時上升到最大值，加載緩慢。直到活塞上行速度大于漏失速度時懸點(diǎn)載荷才達(dá)到最大。通過對該井進(jìn)行檢泵作業(yè)，其游動凡爾表面出現(xiàn)銹蝕，引起坐封不嚴(yán)，導(dǎo)致漏失。2017年10月14日診斷hH020為氣體影響。

診斷依據(jù)：根據(jù)所測示功圖，上沖程開始后，泵內(nèi)壓力因氣體膨脹而不能很快降低，使固定凡爾打開之后，加載緩慢，下沖程時氣體受壓縮，泵內(nèi)壓力不能迅速提高，使游動凡爾滯后打開，卸載變慢，示功圖右下角呈“刀把形”。井口表現(xiàn)為氣大，將該井套管閘門開大，隨后生產(chǎn)正常，表現(xiàn)為井口見液，示功圖飽滿。

例3：2017年10月22日診斷hH017為固定凡爾漏失。

診斷依據(jù)：根據(jù)所測示功圖，下沖程開始泵內(nèi)壓力不能及時提高，而延緩了卸載過程，游動凡爾此時也不能及時打開，當(dāng)活塞速度大于漏失速度后，泵內(nèi)壓力提高到大于液柱壓力，將游動凡爾打開卸去液柱載荷，下沖程后半沖程因活塞速度減小，當(dāng)小于漏失速度時，泵內(nèi)壓力降低使游動凡爾提前關(guān)閉，懸點(diǎn)提前加載。通過對該井進(jìn)行檢泵作業(yè)，其固定凡爾表面附著一層較厚銹蝕，引起坐封不嚴(yán)，導(dǎo)致固定凡爾漏失。

3.1.2油井自動調(diào)參

油井控制系統(tǒng)具備自動調(diào)整抽油機(jī)沖次，及上、下沖程速度比的功能，可根據(jù)油井井況變化，對油井抽油機(jī)進(jìn)行調(diào)控，使抽油機(jī)運(yùn)行與油井原油黏度和油井供液能力相匹配，達(dá)到供排比平衡的目的。

油井自動調(diào)參技術(shù)改變傳統(tǒng)以載荷功圖為依據(jù)對油井工況進(jìn)行判斷后，再進(jìn)行調(diào)整參數(shù)的固定思路，它全部以電參數(shù)為依據(jù)對稠油井進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，擺脫了對載荷傳感器的依賴，使調(diào)參系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性大幅度提升。

3.2自動化監(jiān)控系統(tǒng)效果評價

3.2.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)

試驗(yàn)區(qū)新增視頻監(jiān)控裝置8臺，整合原有6臺視頻探頭，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)全覆蓋。新增視頻報警識別系統(tǒng)，自動檢測各種獨(dú)立或聯(lián)合進(jìn)入井區(qū)的人或者交通工具，并提供方便的錄像檢索、查詢手段，保障油區(qū)監(jiān)控正常運(yùn)行。

3.2.2各監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化整合

以往試驗(yàn)區(qū)各個子系統(tǒng)監(jiān)測較為分散，數(shù)據(jù)錄取滯后，對整個試驗(yàn)區(qū)的工藝優(yōu)化造成一定制約。建立集中監(jiān)控系統(tǒng)，為整個試驗(yàn)區(qū)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)分析研究，給整個火驅(qū)自動化監(jiān)控系統(tǒng)深入優(yōu)化提供了良好的數(shù)據(jù)平臺。

3.2.3工作量對比分析

自動化優(yōu)化改造以來，各井的運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控，可將獲得的運(yùn)行數(shù)據(jù)自動按要求匯成各類電子版報表。很大程度上降低了員工在數(shù)據(jù)錄取方面的勞動強(qiáng)度及物力消耗。2016—2017年度對比情況如下。

經(jīng)對比分析，自動化改造后員工巡檢工作量下降了43%；各類紙質(zhì)報表用量減少了97%。

4結(jié)論

（1）自動化優(yōu)化改造實(shí)現(xiàn)了對試驗(yàn)區(qū)生產(chǎn)狀況（各系統(tǒng)參數(shù)）遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控，提高系統(tǒng)調(diào)查及處理故障的效率，保障油區(qū)生產(chǎn)安全平穩(wěn)運(yùn)行；問題得以及時發(fā)現(xiàn)、分析和處理，提高管理效率。

（2）建立火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，在自動化建設(shè)、工藝優(yōu)化、油藏分析研究等方面提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，提高管理者制定決策的科學(xué)性與正確性，保證試驗(yàn)區(qū)合理開采以及實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的目的?，F(xiàn)場員工的安全風(fēng)險大大降低。勞動強(qiáng)度得到大幅度降低，生產(chǎn)效率得到提高。

（3）針對因電力問題停井時（單井、區(qū)塊性停機(jī)），油井恢復(fù)生產(chǎn)需要大量人力配合。因此，建議在應(yīng)對此類型停井問題時，開發(fā)出具有可遠(yuǎn)程恢復(fù)生產(chǎn)的功能，既可自動恢復(fù)，也可遠(yuǎn)程一鍵操作。

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作者簡介：

朱文光，男（1988-），2011年7月畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，

工程師，目前主要從事油氣田開發(fā)工作。

基金項(xiàng)目：

國家科技重大專項(xiàng)“火燒驅(qū)油技術(shù)研究與應(yīng)用”（2011ZX05012-002）