大慶油田計(jì)量間數(shù)字化建設(shè)模式探討

曹萬巖 王慶偉

（大慶油田工程有限公司）

0 引言

為了推進(jìn)中國石油天然氣集團(tuán)有限公司（簡稱中國石油）油氣生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)，提高油氣生產(chǎn)管理水平，實(shí)現(xiàn)信息化與工業(yè)化的融合，大慶油田提出要大力實(shí)施數(shù)字油田、智能油田、智慧油田三步走戰(zhàn)略，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制、生產(chǎn)工藝的流程優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變、生產(chǎn)效率的提高、管理水平的提升，依靠數(shù)字油田建設(shè)實(shí)現(xiàn)油田固本強(qiáng)基、轉(zhuǎn)型升級(jí)。

按照大慶油田“加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)、突出問題導(dǎo)向、聚焦產(chǎn)業(yè)升級(jí)、追求質(zhì)量效益”的總體工作要求，數(shù)字化建設(shè)實(shí)施“六統(tǒng)一”建設(shè)原則，即，統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一投資、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理［1］。其中，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要，通過整合技術(shù)規(guī)范和管理流程，梳理已建站場(chǎng)建設(shè)現(xiàn)狀，明確站場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控點(diǎn)位，建立統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，從而推動(dòng)油田數(shù)字化建設(shè)。

中國石油在“十二五”期間啟動(dòng)了“油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（A11）”項(xiàng)目，開展了大慶、塔里木、新疆、西南、青海、吐哈和南方勘探等七家油氣田12個(gè)采油廠的示范工程建設(shè)。大慶油田采油二廠第三作業(yè)區(qū)、采油三廠第二油礦被確定為A11試點(diǎn)單位，項(xiàng)目自2010年10月啟動(dòng)，2015年10月開始建設(shè)，2016年12月通過驗(yàn)收。該工程主要內(nèi)容為對(duì)采油二廠第三作業(yè)區(qū)91座計(jì)量間和采油三廠第二油礦42座計(jì)量間進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)，計(jì)量間內(nèi)主要采集集油和摻水匯管的溫度、壓力以及摻水量。該工程計(jì)量間數(shù)字化改造選井、摻水調(diào)節(jié)等均為現(xiàn)場(chǎng)人工操作，且量油作業(yè)大部分也采用人工量油，少部分采用自動(dòng)量油方式（21座計(jì)量間采用“U”型管自動(dòng)量油，其他均為手動(dòng)量油）。此種建設(shè)模式，現(xiàn)場(chǎng)仍需白天有人值守操作，因此，數(shù)字化程度有待進(jìn)一步提高。

由于大慶油田已建計(jì)量間數(shù)字化建設(shè)均不完備，計(jì)量間數(shù)字化改造工程量巨大，因此，有必要對(duì)數(shù)字化計(jì)量間建設(shè)模式進(jìn)行分析研究，制定經(jīng)濟(jì)、適用的建設(shè)模式。

1 計(jì)量間建設(shè)現(xiàn)狀

大慶外圍油田低產(chǎn)油井計(jì)量多采用功圖法，主要用于監(jiān)測(cè)油井產(chǎn)量變化趨勢(shì)，因此不建設(shè)計(jì)量間，而是建設(shè)集油摻水閥組間。大慶油田長垣老區(qū)由于大面積實(shí)施聚驅(qū)開發(fā)，不同開發(fā)階段產(chǎn)出液見聚濃度范圍為60～1 100 mg/L，導(dǎo)致采出液黏度增大，而黏度對(duì)示功圖量油的準(zhǔn)確度影響較大，因此，大慶長垣老區(qū)三次采油油田主要采用計(jì)量間工藝進(jìn)行單井產(chǎn)液計(jì)量。

截至2018年底，大慶油田建有油井74 243口，計(jì)量間2 829座，其中長垣老區(qū)采油一廠～采油六廠建有油井46 127口，已建成計(jì)量間2 747座。

1.1 計(jì)量間主要功能

由于大慶原油凝固點(diǎn)高，且氣候嚴(yán)寒，因此，原油集輸系統(tǒng)一般采用摻水流程對(duì)井口出油進(jìn)行升溫和維溫。大慶長垣老區(qū)油田進(jìn)入三次采油開發(fā)階段后，產(chǎn)液組分和性質(zhì)更為復(fù)雜，單井熱洗周期縮短為30～60 d，單井熱洗作業(yè)頻繁，因此，一般采用固定熱洗?？梢姡?jì)量間主要功能為單井摻水、熱洗及計(jì)量。

1.2 計(jì)量間單井計(jì)量工藝現(xiàn)狀

單井計(jì)量是指油井產(chǎn)量計(jì)量，即計(jì)量單井油、氣、水產(chǎn)出物的日產(chǎn)量，其目的是滿足油井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析要求。油田單井計(jì)量是油田各項(xiàng)計(jì)量中工作量最大、最繁瑣的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，其計(jì)量準(zhǔn)確與否直接影響到油藏工程第一手資料的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性，因此，油井計(jì)量方式的選用就顯得尤為重要。

目前，計(jì)量間油井計(jì)量方式主要以計(jì)量分離器+液位計(jì)方式為主，液位計(jì)主要采用玻璃管和磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)，以及近幾年推廣應(yīng)用的“U”型管自動(dòng)量油，共計(jì)2 609座；采用旋流分離器計(jì)量38座、稱重式計(jì)量22座（其中稱重轉(zhuǎn)子式油井產(chǎn)量計(jì)量12套）。此外，還有少數(shù)計(jì)量間應(yīng)用遠(yuǎn)程控制微機(jī)量油等方式。

單井計(jì)量時(shí)，需將油井產(chǎn)液倒換流程至計(jì)量匯管，目前計(jì)量選井操作主要為手動(dòng)閥門，需現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)選井。另外，大慶油田共有6個(gè)采油廠應(yīng)用了52套自動(dòng)選井計(jì)量裝置進(jìn)行自動(dòng)選井。

1.3 單井摻水、熱洗工藝現(xiàn)狀

由于摻水和熱洗所需溫度、壓力不同，因此，計(jì)量間分別建設(shè)摻水、熱洗匯管，轉(zhuǎn)油（放水）站向所轄計(jì)量間輸送加熱后的含油污水。單井熱洗為間歇、周期作業(yè)，站外系統(tǒng)單井摻水、熱洗支管共用一條管道，油井進(jìn)行熱洗作業(yè)時(shí)，需將計(jì)量間單井摻水、熱洗閥組倒換。目前，計(jì)量間摻水、熱洗閥組倒換均為手動(dòng)操作。

2 數(shù)字化建設(shè)模式方案

模式一——油井采用示功圖法軟件量油，計(jì)量間只作為集油閥組間使用；

模式二——計(jì)量間采用自動(dòng)選井及量油、遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)摻水、無人值守建設(shè)模式；

模式三——計(jì)量間采用人工選井、自動(dòng)量油、遠(yuǎn)程監(jiān)視、手動(dòng)調(diào)節(jié)摻水、區(qū)域巡檢建設(shè)模式。

在具備條件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮模式一，特別是對(duì)于水驅(qū)區(qū)塊，可以考慮單井計(jì)量采用功圖法量油。如，采油五廠水驅(qū)油井，將計(jì)量方式調(diào)整為功圖法量油后，待單井實(shí)現(xiàn)軟件量油功能，計(jì)量間只用于單井軟件量油結(jié)果的校核，計(jì)量間改造工程量較小，可仍保持目前的生產(chǎn)模式，計(jì)量間內(nèi)設(shè)置攝像頭，集油、摻水匯管的壓力和溫度等主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，并將數(shù)據(jù)上傳至相關(guān)系統(tǒng)。

對(duì)于大多數(shù)長垣老區(qū)油井，目前仍需采用計(jì)量間量油，此類計(jì)量間的數(shù)字化建設(shè)考慮采用模式二或模式三。計(jì)量間操作環(huán)節(jié)主要有選井、量油、單井摻水量調(diào)節(jié)、單井熱洗操作，根據(jù)計(jì)量間生產(chǎn)操作需求，對(duì)各操作環(huán)節(jié)進(jìn)行方案比選，以確定計(jì)量間數(shù)字化建設(shè)模式。

2.1 計(jì)量方式

對(duì)目前油田在用的主要計(jì)量技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，具體情況見表1。

由表1可以看出，玻璃管、磁翻轉(zhuǎn)及浮子液位計(jì)計(jì)量技術(shù)因員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，存在隨機(jī)誤差等因素，不能滿足油田數(shù)字化建設(shè)的需求。磁翻轉(zhuǎn)量油+“U”型管、旋流分離計(jì)量、稱重式計(jì)量技術(shù)均可以滿足信息化管理要求。

大慶油田現(xiàn)有約2 000座計(jì)量間采用計(jì)量分離器+玻璃管或磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)量油，若采用“U”型管自動(dòng)量油，已建廠房及設(shè)施均可利舊，只需將計(jì)量分離器上配備的玻璃管液位計(jì)更換為磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)，積算儀的液位變送器通過夾子與液位計(jì)緊密接觸并固定，分離器出氣管道增加帶電動(dòng)執(zhí)行器的閥門，數(shù)傳儀安裝在計(jì)量間的值班室內(nèi)，通過有線方式與積算儀和電動(dòng)執(zhí)行器等連接。因此為了盡量減少改造工程量，充分利用已建設(shè)施，已建計(jì)量間計(jì)量方式改造采用計(jì)量分離器 +“U”型管計(jì)量技術(shù)。

表1 油井計(jì)量技術(shù)對(duì)比表

2009 年以來，大慶油田標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)計(jì)量間采用分離器 +“U”型管計(jì)量技術(shù)。該技術(shù)目前在大慶油田應(yīng)用成熟，新建計(jì)量間延續(xù)使用，維修設(shè)備統(tǒng)一，便于生產(chǎn)管理。因此，大慶油田新建計(jì)量間計(jì)量方式仍沿用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)計(jì)量間計(jì)量方式，即分離器+“U”型管計(jì)量，見圖1。

圖1 “U”型管計(jì)量示意圖

2.2 選井方式

目前，計(jì)量間基本采用人工手動(dòng)操作閥門進(jìn)行單井計(jì)量選井和摻水、熱洗流程切換。

計(jì)量間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選井的措施考慮兩種：一是應(yīng)用多通道組合閥組；二是單井集油、摻水管道安裝三通電動(dòng)閥，進(jìn)行生產(chǎn)功能的自動(dòng)切換。自動(dòng)選井與自動(dòng)計(jì)量裝置結(jié)合可實(shí)現(xiàn)多井式油氣全自動(dòng)計(jì)量及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、遠(yuǎn)傳、報(bào)警等功能。

大慶油田目前在用的52套自動(dòng)選井計(jì)量裝置中，有6套采用三通電動(dòng)閥自動(dòng)選井計(jì)量裝置，其余46套采用多通道組合閥組自動(dòng)選井計(jì)量裝置。這52套自動(dòng)選井計(jì)量裝置中，目前有28套因故障無法量油，另有4套經(jīng)多次維修，維持間斷運(yùn)行，其他20套雖維持正常運(yùn)行，但也存在故障率高、維修困難等問題。自動(dòng)選井計(jì)量裝置的優(yōu)缺點(diǎn)如下。

（1）三通電動(dòng)閥自動(dòng)選井計(jì)量裝置

在單井集油、摻水管道安裝三通電動(dòng)閥，可進(jìn)行生產(chǎn)、量油、摻水、熱洗的自動(dòng)切換。

優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)選井，操作簡便，節(jié)約勞動(dòng)力；可實(shí)現(xiàn)對(duì)油井產(chǎn)液、產(chǎn)氣的在線實(shí)時(shí)連續(xù)計(jì)量；設(shè)備緊湊，節(jié)省建筑面積。

缺點(diǎn)：儀表和設(shè)備損壞較為頻繁，生產(chǎn)管理難度大；需要專業(yè)廠家進(jìn)行維修維護(hù)，出現(xiàn)問題維修周期長，目前應(yīng)用的6座計(jì)量間中已有4座停運(yùn)；投資相對(duì)較高。

（2）多通道組合閥組自動(dòng)選井計(jì)量裝置

多通閥是一種特殊閥，與計(jì)量裝置及控制系統(tǒng)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選井和油井產(chǎn)液的自動(dòng)計(jì)量。它由多個(gè)進(jìn)口、一個(gè)計(jì)量口及一個(gè)集輸口組成，利用閥芯旋轉(zhuǎn)，可將多個(gè)進(jìn)口的某一口井原油，從計(jì)量出口流出，其余單井原油進(jìn)入回流出口，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)計(jì)量設(shè)備分時(shí)計(jì)量多井產(chǎn)量的目的。

優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)選井，操作簡便，有效降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率；實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操作與監(jiān)控，符合數(shù)字化油田建設(shè)的發(fā)展方向。

缺點(diǎn)：油溫較低時(shí)進(jìn)行量油，閥體轉(zhuǎn)盤偶爾會(huì)卡，因此需要看守；連通管管徑小，處理三元驅(qū)采出液時(shí)結(jié)垢結(jié)蠟嚴(yán)重，造成內(nèi)部阻塞，無法運(yùn)行，由此已拆除2座三元驅(qū)計(jì)量間多通閥。

另外，該裝置屬多通道組合閥組，成橇設(shè)備，計(jì)量間布局時(shí)需要將集油、摻水閥組設(shè)在操作間中央位置，單井管道從操作間兩側(cè)出線，這樣就增加了計(jì)量間的跨度，由標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)量間的4.5 m增加到6.0 m，原計(jì)量間內(nèi)部設(shè)施全部不能利用，需要重新設(shè)計(jì)，已建計(jì)量間改造工程量較大。從方案的可實(shí)施性考慮，多通道組合閥組只適合于22井式（大慶油田標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)計(jì)量間井式為12井式、16井式、20井式、24井式、28井式、32井式）及以下計(jì)量間，對(duì)于22井式以上的計(jì)量間只能采用三通電動(dòng)閥的形式實(shí)現(xiàn)計(jì)量間自動(dòng)選井的要求。

由于自動(dòng)選井改造投資高，后期維修維護(hù)工程量大，而選井計(jì)量、摻水、熱洗流程切換均為間歇作業(yè)，因此，選井方式建議維持目前手動(dòng)選井，對(duì)計(jì)量間進(jìn)行區(qū)域巡檢，由巡檢人員進(jìn)行計(jì)量選井及摻水、熱洗流程切換操作。

2.3 摻水量調(diào)節(jié)方式

目前，計(jì)量間摻水量調(diào)節(jié)采用人工調(diào)節(jié)。數(shù)字化建設(shè)計(jì)量間摻水量調(diào)節(jié)考慮2個(gè)方案。

方案一——增設(shè)控制點(diǎn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控，手動(dòng)調(diào)節(jié)

計(jì)量間除集油匯管設(shè)置壓力采集、摻水匯管設(shè)置壓力和溫度采集外，回油支管增設(shè)單井回油溫度，或摻水支管增設(shè)單井摻水壓力采集點(diǎn)。數(shù)據(jù)上傳后，當(dāng)回油溫度過高或過低、摻水壓力過高時(shí)，監(jiān)控中心預(yù)警，巡檢人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)單井摻水量。該方案需根據(jù)計(jì)量間轄井?dāng)?shù)，增設(shè)相應(yīng)溫度變送器及壓力變送器。

優(yōu)點(diǎn)：改造工作量少，投資相對(duì)較低。

缺點(diǎn)：需根據(jù)遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)。

方案二——增設(shè)摻水控制閥，自動(dòng)調(diào)節(jié)

單井摻水管道增設(shè)摻水自動(dòng)控制閥，控制閥與回油溫度或單井回油壓力連鎖，自動(dòng)控制摻水量。該方案需根據(jù)計(jì)量間轄井?dāng)?shù)增設(shè)摻水自動(dòng)控制閥，對(duì)已建安裝進(jìn)行改造。

優(yōu)點(diǎn)：摻水流量實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，減少單井摻水量，節(jié)約運(yùn)行成本。

缺點(diǎn)：改造及后期維護(hù)工作量大，投資較高。

綜合以上，考慮到投資及改造工程量，推薦采用方案一，即增設(shè)控制點(diǎn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控，手動(dòng)調(diào)節(jié)。

2.4 數(shù)字化建設(shè)模式選擇

根據(jù)對(duì)比分析結(jié)果，結(jié)合不同量油及選井方案的改造投資情況，推薦采用模式三：計(jì)量間采用人工選井、自動(dòng)量油、遠(yuǎn)程監(jiān)視、手動(dòng)調(diào)節(jié)摻水、區(qū)域巡檢建設(shè)模式。

對(duì)于大慶外圍低滲透油田，集油系統(tǒng)多采用單管環(huán)狀摻水流程，3～5口油井形成一個(gè)集油環(huán)，目前，已建集油閥組間共計(jì)1 000座左右。2009年以來，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)集油閥組間采用摻水流量控制裝置對(duì)單環(huán)摻水量實(shí)現(xiàn)通過回油溫度的自動(dòng)控制，其中全部采用摻水流量自動(dòng)控制裝置的集油間400座左右，部分采用摻水流量自動(dòng)控制裝置的集油間150座左右。集油閥組間開展數(shù)字化建設(shè)可在此建設(shè)模式基礎(chǔ)上，增加摻水匯管壓力、溫度及集油匯管壓力自動(dòng)采集，并將數(shù)據(jù)上傳至相關(guān)系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

目前，大慶油田數(shù)字化建設(shè)通過采油三廠二礦的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)示范工程，同時(shí)，結(jié)合產(chǎn)能建設(shè)及老區(qū)改造，對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)典型區(qū)塊和大型站場(chǎng)實(shí)施集中監(jiān)控建設(shè)，積累了數(shù)字化建設(shè)初步經(jīng)驗(yàn)。但總體來說，大慶油田由于開發(fā)年限較長，井間站場(chǎng)建設(shè)周期跨度大、數(shù)量多，面臨的生產(chǎn)成本壓力大，數(shù)字化應(yīng)用程度仍處于較低水平。

為了進(jìn)一步加快油氣生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)，實(shí)行頂層設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況，制定切實(shí)可行的數(shù)字化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。計(jì)量間數(shù)字化建設(shè)模式的制定在考慮技術(shù)可行性的同時(shí)，兼顧投資及后期運(yùn)行維護(hù)，此模式的確立為大慶油田數(shù)字化建設(shè)開啟了探索之門。