單井?dāng)?shù)據(jù)采集技術(shù)在有桿泵數(shù)據(jù)及功圖采集中的應(yīng)用

摘? 要：“采油單井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)”是針對油田生產(chǎn)需要，十年精心打造的有桿泵數(shù)據(jù)及功圖采集和處理、單井產(chǎn)液量計(jì)算的高性能單井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。秉承安控“卓越品質(zhì)，源于更高要求”的核心理念，系統(tǒng)具有安全可靠、操作簡單、維護(hù)方便，可適應(yīng)惡劣環(huán)境等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：采油井;數(shù)據(jù)采集

示功圖是油田對油井實(shí)施管理的重要依據(jù)，是油田的一項(xiàng)經(jīng)常性的檢查項(xiàng)目?？焖贉?zhǔn)確方便地獲取功圖對于及時(shí)了解油井產(chǎn)油狀態(tài)和抽油機(jī)的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)卡桿、斷桿等故障，保持采油產(chǎn)量、減少電量消耗都具有非常重要的意義。但采油設(shè)備的主要部件（油泵和光桿等）都位于地下，人們無法直觀知道它們的工作是否正常。借助于示功圖（抽油機(jī)負(fù)荷與抽油桿位移的關(guān)系曲線），可以判斷出采油設(shè)備工作及供油情況是否正常，以便對非正常油井進(jìn)行及時(shí)的停機(jī)作業(yè)，減少設(shè)備的無效磨損，節(jié)約無效的電能消耗，保證其工作在最佳狀態(tài)。

系統(tǒng)以油井“功圖法量油技術(shù)”為核心來解決單井產(chǎn)液量計(jì)算。油井功圖法量油技術(shù)把有桿泵抽油系統(tǒng)視為一個復(fù)雜的三維振動系統(tǒng)，首先采集抽油機(jī)井地面示功圖，應(yīng)用桿柱、液柱和油管三維振動數(shù)學(xué)模型求解，得到井下各級桿柱功圖和泵功圖，然后對泵功圖進(jìn)行識別分析并計(jì)算油井產(chǎn)液量。

“采油井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)”由單井?dāng)?shù)據(jù)采集器、通訊系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)三部分組成。系統(tǒng)結(jié)合了采油工程技術(shù)、自動化儀表技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，具有油井自動檢測、實(shí)時(shí)示功圖、壓力、溫度等數(shù)據(jù)采集、油井工況診斷、產(chǎn)液量計(jì)量計(jì)算和查詢等功能。

系統(tǒng)能夠在無人值守的情況下實(shí)現(xiàn)油井的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)完備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)掌握油井的動態(tài)變化，提高油田生產(chǎn)效率，保證安全生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1.采油井?dāng)?shù)據(jù)采集器

采油井?dāng)?shù)據(jù)采集器既可獨(dú)立工作，也可方便地聯(lián)入控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測，形成SCADA系統(tǒng)，它由RTU、傳感器、手操器等組成。RTU結(jié)合負(fù)荷傳感器、角位移傳感器或位置開關(guān)便可實(shí)現(xiàn)示功圖采集。無線負(fù)荷傳感器：負(fù)荷傳感器是專用于測試抽油機(jī)抽油桿所受壓力的專用設(shè)備。通訊協(xié)議符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，無線芯片采用單片低成本低能耗的RF收發(fā)芯片。角位移傳感器（適用于游梁式抽油機(jī)）：角位移傳感器是專用于測試游梁式抽油機(jī)抽油桿位移的設(shè)備。位置傳感器（適用于懸梁式抽油機(jī)）：位置開關(guān)采用穩(wěn)定可靠的霍爾器件制作，是專用于測試抽油機(jī)示功圖時(shí)計(jì)量抽油桿位移的專用設(shè)備。手操器：通過手操器現(xiàn)場顯示示功圖，現(xiàn)場讀取、設(shè)定工作參數(shù)，可本地讀取RTU保存的數(shù)據(jù)，上傳到軟件系統(tǒng)。

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2.通訊系統(tǒng)

系統(tǒng)支持GPRS通訊，數(shù)據(jù)傳輸流程：現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)-現(xiàn)場RTU（編碼）GPRS發(fā)送-公網(wǎng)-信息中心-轉(zhuǎn)傳未解碼數(shù)據(jù)包-局域網(wǎng)-處理和應(yīng)用服務(wù)器-網(wǎng)絡(luò)終端用戶。

GPRS網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)中斷或其它原因造成信息中斷，影響數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，RTU會對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時(shí)存儲，并在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后系統(tǒng)主動讀取RTU的數(shù)據(jù)。存儲空間保證至少3天數(shù)據(jù)采集量。

系統(tǒng)還支持移動存儲監(jiān)測方式，適用于因條件所限，井口RTU不能與中控室通訊的狀況。工作方式為現(xiàn)場人員用單井?dāng)?shù)據(jù)采集器配套的附件手操器，采用短距離無線技術(shù)在現(xiàn)場將各RTU存儲的數(shù)據(jù)采集到手操器然后轉(zhuǎn)存到中心控制室進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)液量計(jì)算等操作。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：采油井?dāng)?shù)據(jù)采集器既可獨(dú)立工作，也可方便地聯(lián)入控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙測，形成SCADA系統(tǒng)。

3.軟件系統(tǒng)

“單井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)”是針對油田生產(chǎn)而開發(fā)的集數(shù)據(jù)采集顯示、數(shù)據(jù)分析存儲、輔助管理、WEB發(fā)布功能的專用一體化軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循“簡單實(shí)用、經(jīng)濟(jì)高效”的原則，軟件自動化程度高，實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)計(jì)算、實(shí)時(shí)發(fā)布。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了油井產(chǎn)液量的自動計(jì)量、油井產(chǎn)液量的查詢和油井運(yùn)行監(jiān)控，油井生產(chǎn)狀況、功圖、產(chǎn)液量曲線展示，實(shí)現(xiàn)單井生產(chǎn)信息的數(shù)字化處理。油井的示功圖、產(chǎn)液量、壓力等生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以隨時(shí)提取，管理人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)油井的異常情況并采取措施。

軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以簡化地面計(jì)量流程和提高系統(tǒng)效率為目標(biāo)，是油田自動化和生產(chǎn)分析設(shè)計(jì)工作有機(jī)的結(jié)合，從而為油田地面工藝系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。系統(tǒng)功能如下：現(xiàn)場工藝仿真：單井量油控制器實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)，模擬現(xiàn)場工藝流程。功圖采集：實(shí)時(shí)采集地面功圖，可根據(jù)現(xiàn)場要求靈活設(shè)定功圖刷新頻率;與抽油機(jī)基本數(shù)據(jù)結(jié)合，計(jì)算出井下泵功圖，更真實(shí)的反應(yīng)井下實(shí)際情況。功圖分析：可按時(shí)間順序?qū)γ總€井口進(jìn)行功圖疊加對比，直觀得出井口功圖的變化趨勢;可以診斷出供液不足、自噴等井口工況。產(chǎn)液量計(jì)算：系統(tǒng)以油井“功圖法量油技術(shù)”為核心來解決單井產(chǎn)液量計(jì)算，計(jì)量算法有很強(qiáng)的適用性，油井生產(chǎn)后期階段的間歇出油、間抽工作和井況變化較大的情況下，同樣能夠適用。安全功能：系統(tǒng)根據(jù)功圖可自動判斷斷桿、卡桿等故障;同時(shí)監(jiān)測負(fù)荷、壓力等參數(shù)，異常時(shí)主動產(chǎn)生聲光報(bào)警，保證系統(tǒng)生產(chǎn)安全。統(tǒng)計(jì)、分析功能：生成單井產(chǎn)液量的曲線，方便工作人員觀察單井產(chǎn)液量的變化，可以設(shè)定站、層位、區(qū)塊等的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)信息。定制查詢功能：用戶可定制查詢條件，對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，如設(shè)定查詢產(chǎn)液量波動比較大的不正常井;油套壓變化較大的井等操作，查詢輸出支持曲線、報(bào)表、餅圖等方式，方便打印。提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫接口：可方便與其它系統(tǒng)共享數(shù)據(jù);海量信息存儲：歷史數(shù)據(jù)長期存儲，油井生產(chǎn)日志支持工程師對日常生產(chǎn)決策分析;高效的WEB發(fā)布功能：無論企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)還是互聯(lián)網(wǎng)都可以實(shí)時(shí)發(fā)布數(shù)據(jù)。

4.結(jié)論

4.1功圖法計(jì)量技術(shù)使油井產(chǎn)液量連續(xù)計(jì)量成為現(xiàn)實(shí);

4.2在線功圖給出的油井診斷結(jié)果，為現(xiàn)場生產(chǎn)工礦分析和管理提供了有力的保證;

4.3改變了傳統(tǒng)的油井計(jì)量方式，能夠簡化地面計(jì)量流程，降低油田開發(fā)投資;

4.4生產(chǎn)現(xiàn)場遠(yuǎn)程自動數(shù)據(jù)采集和分析，減少交通車輛配備數(shù)量和運(yùn)行時(shí)間，降低生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用;提高勞動生產(chǎn)率，減少生產(chǎn)管理人員，改善工人的勞動環(huán)境;

4.5對抽油井進(jìn)行生產(chǎn)分析、優(yōu)化和決策，減少停產(chǎn)時(shí)間，提高油井生產(chǎn)時(shí)率;

4.6自動化測控系統(tǒng)與分析優(yōu)化決策系統(tǒng)聯(lián)用，提高油田科學(xué)化管理水平和系統(tǒng)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]? 佟允憲等，孔板在兩相流中的相分離效應(yīng)與兩相流濕度測量。清華大學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.31，No.3，1991：12-16

[2]? 佟允憲等，利用節(jié)流裝置噪聲測量兩相流的理論模型。清華大學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.32，No.6，1992：13-17

作者簡介：張威（1976-），男，2015年中國石油大學(xué)（華東）畢業(yè)，工程師，長期從事稠油熱采開發(fā)工作。