煤層氣井智能排采控制系統(tǒng)試驗(yàn)效果分析

申小會(huì) 毛建設(shè) 李華峰

(中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011)

1 引言

在煤層氣開發(fā)過程中，影響煤層氣井產(chǎn)量的主要因素是儲(chǔ)層地質(zhì)條件和排采制度，儲(chǔ)層地質(zhì)條件人為難以改變，所以制定合理的排采制度對(duì)提高煤層氣井產(chǎn)量尤為重要。煤層氣井排采控制的總體原則是“緩慢、穩(wěn)定、連續(xù)、長(zhǎng)期”，經(jīng)過近些年煤層氣井開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的積累，結(jié)合煤層氣井排采各階段特性，已經(jīng)建立了一套排采制度，但目前仍沿用手動(dòng)控制設(shè)備、人工調(diào)整參數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)，主要存在以下問題：(1)人工采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)難度大且周期長(zhǎng)、準(zhǔn)確性差，不能對(duì)煤層氣井排采做到精細(xì)化控制；(2)不能實(shí)時(shí)反映決定煤層氣井排采的關(guān)鍵數(shù)據(jù)及最大限度保證排采設(shè)備的連續(xù)、平穩(wěn)運(yùn)行；(3)傳統(tǒng)排采系統(tǒng)不能及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)，出現(xiàn)異常情況不能及時(shí)維修；(4)現(xiàn)場(chǎng)多為叢式井，同一井臺(tái)存在多種巡檢頻次要求的井，需按最高巡檢頻次進(jìn)行巡檢；(5)人工成本高，工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大；(6)井區(qū)交通不便，安全風(fēng)險(xiǎn)高。因此，需要研究一套適用于煤層氣井排采規(guī)律的智能化控制系統(tǒng)，以降低人工成本、降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)，提高煤層氣井精細(xì)化排采水平和煤層氣井采出率。

2 煤層氣井排采要求

根據(jù)煤層氣井產(chǎn)氣機(jī)理及排采生產(chǎn)特征，將煤層氣井排采生產(chǎn)過程劃分為見套壓前階段、憋套壓階段、初始產(chǎn)氣階段和產(chǎn)氣階段(圖1)，各階段的排采要求如表1，可見煤層氣井排采的關(guān)鍵在于對(duì)降壓速率以及井底流壓的控制，反映在排采數(shù)據(jù)上就是對(duì)產(chǎn)水量、套壓和動(dòng)液面的控制。

圖1 煤層氣井排采階段劃分示意圖

表1 煤層氣井各排采階段控制要求

3 煤層氣井智能排采控制系統(tǒng)

3.1 整體規(guī)劃

結(jié)合煤層氣排采特點(diǎn)和排采控制要求，在傳統(tǒng)油氣田自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上，規(guī)劃一套基于PLC技術(shù)的煤層氣井智能排采系統(tǒng)，將排采制度程序化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與傳輸，并按照控制目標(biāo)自動(dòng)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，達(dá)到迅速準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場(chǎng)工況、遠(yuǎn)程控制排采設(shè)備、提高工作效率的目的。整個(gè)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與控制、區(qū)域監(jiān)控中心、生產(chǎn)管理三部分組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、工況診斷、智能排采、實(shí)時(shí)監(jiān)控、生產(chǎn)管理等功能。

3.2 主要功能的實(shí)現(xiàn)

(1)數(shù)據(jù)采集與控制

在數(shù)據(jù)采集方面，通過自動(dòng)液面測(cè)試儀、氣體流量計(jì)、水流量計(jì)、變頻器及無線載荷傳感器等設(shè)備儀器進(jìn)行生產(chǎn)參數(shù)的自動(dòng)采集，上傳至上級(jí)平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控。在排采控制方面，通過上級(jí)平臺(tái)系統(tǒng)下達(dá)排采指令和參數(shù)，通過排采控制程序?qū)ψ冾l器、氣體調(diào)節(jié)閥進(jìn)行遠(yuǎn)程操作調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量的自動(dòng)控制。主要涉及的排采運(yùn)行參數(shù)與執(zhí)行儀器儀表如表2。

表2 煤層氣井排采運(yùn)行參數(shù)和儀器儀表對(duì)照表

(2)工況診斷

將采集到的抽油機(jī)載荷參數(shù)繪制成示功圖，利用工況診斷模塊分析判斷井下工況，及時(shí)判斷可能發(fā)生的不良狀況，是實(shí)現(xiàn)煤層氣井長(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)定排采的關(guān)鍵，工況分析流程如圖2。

圖2 工況分析流程

(3)智能排采

根據(jù)煤層氣井排采要求，制定各階段控制邏輯算法，將采集到的井底流壓數(shù)值與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，通過控制變頻器變頻參數(shù)來調(diào)整設(shè)備電機(jī)轉(zhuǎn)速，提高或降低井底流壓，實(shí)現(xiàn)智能排采。

(4)實(shí)時(shí)監(jiān)控

借助井場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和組態(tài)軟件對(duì)采集到的視頻數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)整定顯示為人機(jī)界面，通過設(shè)備監(jiān)測(cè)、歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析等模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程啟停、參數(shù)設(shè)定、異常報(bào)警等信息的在線監(jiān)控功能。

(5)生產(chǎn)管理

為滿足煤層氣田生產(chǎn)自動(dòng)化管理，開發(fā)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表管理、生產(chǎn)調(diào)控等功能模塊，實(shí)現(xiàn)煤層氣井?dāng)?shù)據(jù)儲(chǔ)存、排采規(guī)劃、生產(chǎn)調(diào)控等生產(chǎn)管理需求。

4 效果及評(píng)價(jià)

按照煤層氣井智能排采控制系統(tǒng)規(guī)劃思路，在現(xiàn)場(chǎng)選取試驗(yàn)井進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。

4.1 提高了煤層氣井排采精細(xì)化程度

煤層氣井自動(dòng)化排采與人工排采結(jié)果相比較，自動(dòng)化排采不僅滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求，且排采效果更好，精細(xì)化程度更高，更符合穩(wěn)定排采的要求(圖3)。

圖3 自動(dòng)化排采與人工排采曲線比較

4.2 快速掌握生產(chǎn)狀態(tài)，優(yōu)化排采制度

人工排采情況下，由排采人員根據(jù)日生產(chǎn)情況，安排排采制度，下達(dá)排采指令，時(shí)間周期最短為一天。采用智能排采控制系統(tǒng)，可快速掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，根據(jù)生產(chǎn)需求隨時(shí)調(diào)整、下達(dá)排采指令。

4.3 改變巡檢模式，降本增效

把傳統(tǒng)的“定崗值守、按時(shí)巡檢”轉(zhuǎn)變?yōu)椤凹斜O(jiān)測(cè)、無人值守、故障巡檢”的生產(chǎn)模式，大幅減少一線生產(chǎn)員工數(shù)量，保障生產(chǎn)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

4.4 提高經(jīng)濟(jì)效益

據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過試驗(yàn)井組排采自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，年運(yùn)行維護(hù)成本較人工排采降低30%左右，且煤層氣采出率有所提高，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

實(shí)現(xiàn)煤層氣井自動(dòng)化排采及遠(yuǎn)程智能化控制，對(duì)提高煤層氣井精細(xì)化排采水平、降低管理成本、保障安全生產(chǎn)、推動(dòng)煤層氣開發(fā)提質(zhì)增效具有重要意義。