注水井測(cè)調(diào)智能操控技術(shù)的研究與應(yīng)用

孫華璽

摘要：隨著油田開(kāi)發(fā)程度的不斷深入，分層注水井井?dāng)?shù)與注水井測(cè)調(diào)工作量呈逐年遞增趨勢(shì)，目前注水井分層測(cè)調(diào)主要由人工操作完成，測(cè)試過(guò)程中存在著人工成本增高、工作強(qiáng)度較大、存在安全隱患等問(wèn)題。為此需要一套新型注水井測(cè)調(diào)智能操控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程的自動(dòng)化，從而實(shí)現(xiàn)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，降低人工成本，提高生產(chǎn)管理水平，達(dá)到降本增效的目的。

關(guān)鍵詞：分層測(cè)調(diào);智能;自動(dòng)化

我廠引入注水井測(cè)調(diào)智能操控系統(tǒng)，幫助工人實(shí)現(xiàn)防噴管的自動(dòng)安裝和拆卸，在減少班組的人數(shù)的同時(shí)，還能大幅降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除安全隱患，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。

1.測(cè)調(diào)智能操控系統(tǒng)構(gòu)成情況

系統(tǒng)分為硬件和控制兩大部分，其中硬件部分由井口定位系統(tǒng)、運(yùn)載系統(tǒng)、主體操作系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng)四個(gè)系統(tǒng)組成。

1.1硬件部分

1.1.1井口定位系統(tǒng)

由于現(xiàn)場(chǎng)井口的情況較為復(fù)雜，井口位置高低不同、朝向不同，且井口所在的地理環(huán)境也千差萬(wàn)別，因此井口定位系統(tǒng)由一個(gè)井口定位器來(lái)完成，該設(shè)備為左右結(jié)構(gòu)，可以自由開(kāi)合，并有快捷緊扣裝置將其迅速固定在井口上。該設(shè)備由人工固定在井口，后續(xù)設(shè)備以此為標(biāo)識(shí)識(shí)別井口的位置。

1.1.2運(yùn)載系統(tǒng)

運(yùn)載系統(tǒng)采用架空傳送的方式。該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將防噴管、測(cè)試儀以及操作設(shè)備從測(cè)試車(chē)上運(yùn)送到井口，并從井口自動(dòng)返回到測(cè)試車(chē)上。主要包括運(yùn)載車(chē)、軌道及軌道絞車(chē)、車(chē)載固定架幾部分。其中，運(yùn)載車(chē)主要負(fù)責(zé)承載主體操作系統(tǒng)并負(fù)責(zé)測(cè)試車(chē)和井口間的運(yùn)送;由鋼絲繩搭建的軌道保證運(yùn)載車(chē)按照既定的軌道行走;車(chē)載固定架負(fù)責(zé)將設(shè)備固定在車(chē)上，同時(shí)也保證這些設(shè)備能夠安全的被測(cè)試車(chē)運(yùn)輸。

1.1.3主體系統(tǒng)

主體操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)自動(dòng)化地替代現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員一系列的操作流程：主要包括固定防噴管、攀爬防噴管、開(kāi)啟和關(guān)閉井口閥和測(cè)試放空閥、遇卡阻時(shí)調(diào)整測(cè)試儀電纜等。包括運(yùn)載車(chē)、自動(dòng)翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)、自動(dòng)卡箍系統(tǒng)、井口閥自動(dòng)啟閉系統(tǒng)、放空閥自動(dòng)啟閉系統(tǒng)、測(cè)試?yán)|解卡系統(tǒng)。其中運(yùn)載車(chē)負(fù)責(zé)運(yùn)輸主體設(shè)備、防噴管、測(cè)試儀等。

1.1.4其他輔助系統(tǒng)

其他輔助系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)和語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)。

1.2控制部分

系統(tǒng)控制部分的核心設(shè)備是控制柜，以PLC為核心，對(duì)系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并根據(jù)軟件發(fā)出操控指令。系統(tǒng)控制為三級(jí)控制，分別為就地控制、軟件控制和遠(yuǎn)程控制。

1.2.1就地控制

就地控制系統(tǒng)有兩種：無(wú)線控制和有線控制。無(wú)線控制主要是利用手持無(wú)線遙控器進(jìn)行工作流程的控制。PLC控制系統(tǒng)和設(shè)備相連，負(fù)責(zé)接收操作人員的指令對(duì)設(shè)備進(jìn)行操控，并對(duì)設(shè)備反饋的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行處理。無(wú)線接收器負(fù)責(zé)接收遙控指令，并將指令傳送給PLC控制系統(tǒng)。支持100米范圍內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。有線控制主要在應(yīng)急場(chǎng)景下使用，需要使用時(shí)，將操控電纜插到相應(yīng)插口，展開(kāi)線纜即可將控制器引到井口現(xiàn)場(chǎng)，操控設(shè)備完成操作。

1.2.2軟件控制

該控制系統(tǒng)可以安裝在測(cè)試車(chē)上的電腦（觸摸屏或者筆記本電腦）上，操作工人可以在車(chē)內(nèi)通過(guò)監(jiān)控?cái)z像頭對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察，并通過(guò)軟件界面上的按鈕及數(shù)據(jù)顯示對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操控。

1.2.3遠(yuǎn)程控制平臺(tái)

遠(yuǎn)程控制平臺(tái)可以通過(guò)視頻攝像頭把各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的情況發(fā)送給后臺(tái)的控制指揮中心，并且能夠?qū)?shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳回指揮中心，方便指揮中心了解每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況。

2.注水井測(cè)調(diào)智能操控系統(tǒng)工作流程

該系統(tǒng)工作流程主要包括：準(zhǔn)備工作、主體設(shè)備就位、防噴管翻轉(zhuǎn)、防噴管固定、井口測(cè)試閥門(mén)開(kāi)啟、測(cè)試儀器遇卡后送纜、關(guān)閉井口測(cè)試閥門(mén)、防噴管泄壓、卡箍松開(kāi)、防噴管復(fù)位、防噴管運(yùn)載及翻轉(zhuǎn)器回收及收尾。

3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

該操控系統(tǒng)自2016年10月以來(lái)，分別在秋季、冬季、春季和夏季現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展測(cè)試，能夠適應(yīng)大部分的測(cè)調(diào)應(yīng)用場(chǎng)景，測(cè)調(diào)效率為3天/井次，月度測(cè)調(diào)效率達(dá)到7.3井次/月。

3.1能夠達(dá)到單人獨(dú)立完成注水井測(cè)調(diào)操控

整個(gè)測(cè)試操作過(guò)程除人工安裝井口定位器外，能夠在測(cè)試車(chē)輛內(nèi)操控完成。測(cè)試人員在現(xiàn)場(chǎng)，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的輔助安裝工作，即安裝井口定位器、同時(shí)安裝井口閥門(mén)開(kāi)關(guān)器，其他動(dòng)作均可回到測(cè)試車(chē)內(nèi)，通過(guò)視頻監(jiān)控，遙控設(shè)備完成。這些動(dòng)作只需要一名測(cè)試人員實(shí)施操作即可完成，可以有效降低勞動(dòng)生產(chǎn)力成本。

3.2提供三種不同操控方式

為方便工人在不同場(chǎng)景下的工作，系統(tǒng)提供了三種不同的操控方式：有線控制器、無(wú)線遙控器、通過(guò)安裝在筆記本或工控機(jī)中的系統(tǒng)專(zhuān)用軟件操控。最常用的情況是操作工人在現(xiàn)場(chǎng)，使用無(wú)線遙控器來(lái)遙控設(shè)備進(jìn)行操作;在惡劣天氣下，操作工人也可以在車(chē)內(nèi)通過(guò)軟件查看現(xiàn)場(chǎng)情況，并通過(guò)遙控器或者軟件操控設(shè)備;同時(shí)，車(chē)內(nèi)還配有一套有線控制器。

3.3工作人員負(fù)重減輕

目前井口定位器的重量控制在15公斤，既能夠由一名測(cè)試人員獨(dú)立完成安裝和拆卸工作，又能夠保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3.4操控系統(tǒng)能夠自動(dòng)翻轉(zhuǎn)、自動(dòng)固定防噴管

設(shè)備通過(guò)操控能夠完成：自動(dòng)翻轉(zhuǎn)防噴管、自動(dòng)固定卡箍，自動(dòng)夾緊防噴管等一系列動(dòng)作，該一系列動(dòng)作使得所有關(guān)鍵人工操作都變得更加自動(dòng)化;此外，本系統(tǒng)可以通過(guò)內(nèi)置的多個(gè)感應(yīng)設(shè)備來(lái)自動(dòng)判斷其到位程度和儀器運(yùn)行狀態(tài)，這些感應(yīng)設(shè)備可以有效提高設(shè)備的可靠性和安全性。

3.5操控系統(tǒng)能夠模擬人手的調(diào)節(jié)動(dòng)作解卡

操控系統(tǒng)中的自動(dòng)送纜控制器能夠模擬測(cè)試人員的手工動(dòng)作，自動(dòng)完成測(cè)試線纜的下放和提起，并且能夠在線纜自由下落過(guò)程中松開(kāi)控制，使得整個(gè)操作能夠完全代替工人站在防噴管高空平臺(tái)上手工進(jìn)行的工作。

3.6井口測(cè)試閥、防噴管放空閥能夠遙控啟閉

操控系統(tǒng)中的閥門(mén)自動(dòng)啟閉設(shè)備，能夠通過(guò)遙控器的操作，進(jìn)行閥門(mén)的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉。該功能可以在工人開(kāi)啟高壓閥門(mén)時(shí)盡量遠(yuǎn)離井口區(qū)域，可以減少高壓傷害的可能，提高了操作安全性。

3.7具有必要的安全控制措施

（1）操控系統(tǒng)具有多種安全控制措施：如為保證鋼絲繩拉緊時(shí)始終保持在安全范圍內(nèi)，系統(tǒng)設(shè)置了拉力上限，超過(guò)限制自動(dòng)停止拉緊;同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了多種傳感器和感應(yīng)設(shè)備，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)和動(dòng)作自動(dòng)檢測(cè)和感知，符合邏輯后才允許后續(xù)動(dòng)作;具有語(yǔ)音提示功能，在操作過(guò)程中，提醒操作人員操作狀態(tài)和注意安全;在出現(xiàn)異常操作時(shí)，蜂鳴器同時(shí)會(huì)發(fā)出蜂鳴報(bào)警;具備防漏電保護(hù)裝置;在軟件界面、遙控器、控制柜上都設(shè)置急停自鎖等必要按鈕;配備有線控制器、人工手操工具等必要的后備保障和安全設(shè)置。

（2）現(xiàn)場(chǎng)的各種狀態(tài)和數(shù)據(jù)，可以通過(guò)多種方式監(jiān)測(cè)到：基本的電流電壓、傳感器到位信號(hào)、鋼絲繩拉力等數(shù)據(jù)通過(guò)配電柜上的儀表監(jiān)測(cè)到;所有的數(shù)據(jù)也可通過(guò)本地軟件監(jiān)測(cè)到，且數(shù)據(jù)以圖形方式展現(xiàn);車(chē)載攝像頭能夠監(jiān)控到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況，并可以進(jìn)行語(yǔ)音交流;遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)不僅能夠監(jiān)控到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況，還能獲取現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（3）整個(gè)系統(tǒng)的操控軟件部分可以安裝在測(cè)試人員的電腦中，測(cè)試人員可以在車(chē)內(nèi)操作臺(tái)前，通過(guò)軟件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作的監(jiān)控，以及對(duì)設(shè)備進(jìn)行操控。

3.8操作過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作和遠(yuǎn)程監(jiān)控

系統(tǒng)配置的操控軟件還具備遠(yuǎn)程操控平臺(tái)，可以定位所有的車(chē)輛位置，可以監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的工作情況，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳遞。

4結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）通過(guò)應(yīng)用該智能操控系統(tǒng)，可以有效減少測(cè)試員工攀爬防噴管次數(shù)，降低測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步提高測(cè)試效率，有效緩解測(cè)試任務(wù)與人工成本的矛盾，適應(yīng)性強(qiáng)，可在我廠同類(lèi)油田中推廣，市場(chǎng)前景可觀。

（2）注水井測(cè)調(diào)智能操控系統(tǒng)已完成大慶氣候條件適應(yīng)性改造、與井口相關(guān)配件適應(yīng)性改造、與井口周邊環(huán)境適應(yīng)性改造、與現(xiàn)有軟件兼容性改造、與測(cè)試車(chē)輛適應(yīng)性改造。

（3）本系統(tǒng)不僅是替代人工勞動(dòng)的一個(gè)機(jī)械化工具，更是從機(jī)械化系統(tǒng)躍居為具有自動(dòng)化、智能化以及互聯(lián)網(wǎng)+特性的一個(gè)符合工業(yè)4.0特點(diǎn)的先進(jìn)設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

[1]苗豐裕，劉東升;分層注采新技術(shù)，石油工業(yè)出版社，2010