興隆臺油田稠油塊蒸汽驅(qū)開發(fā)中智能調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用研究

李月明

摘 要：針對興隆臺油田稠油蒸汽驅(qū)開發(fā)過程中，生產(chǎn)井受蒸汽驅(qū)替作用效果強弱不同，井下油層供液能力不同，使抽油泵供排關(guān)系不平衡，導(dǎo)致排液不及時，影響蒸汽驅(qū)替效率或者造成抽油泵無功抽空，泵體損耗及電能浪費等問題，運用智能調(diào)控采油技術(shù)手段，大大提高抽油機系統(tǒng)的工作效率，達到穩(wěn)定泵效、提高產(chǎn)量、降低損耗、節(jié)能增效的目的。

關(guān)鍵詞：興隆臺油田;稠油蒸汽驅(qū);智能調(diào)控技術(shù)

前言

油井在轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)開發(fā)前的蒸汽吞吐開發(fā)期間，各單井吞吐投產(chǎn)時間參差不齊，吞吐輪次高低不同、周期長短不一，加熱半徑遠近有別，采出程度差異較大，同時受儲層非均質(zhì)性等因素影響，致使井組內(nèi)注汽井與各生產(chǎn)井之間的熱連通性不同，生產(chǎn)井受蒸汽驅(qū)替作用效果程度不同，造成各生產(chǎn)井供液能力不同。按照蒸汽驅(qū)開發(fā)要求，為了維持采注比蒸汽驅(qū)開發(fā)順利進行，必須平衡抽油泵供排關(guān)系，保證合理的采液量。而以往人工操作方式根據(jù)手動測試的油井動液面參數(shù)調(diào)控抽油機頻率轉(zhuǎn)速，提降抽油桿上下往復(fù)沖次，維持抽油泵的供排平衡。人工操作方式及時性較差，甚至因為油套環(huán)空內(nèi)的介質(zhì)組成復(fù)雜，造成動液面參數(shù)測試誤差大，進而誤導(dǎo)調(diào)控;造成排液過快，抽油泵無功抽取，干摩損耗泵體，浪費電能;或者造成排液過慢，液量積壓，影響蒸汽正常驅(qū)替推進。

1 智能調(diào)控采油系統(tǒng)工作原理

智能調(diào)控采油技術(shù)是自動化技術(shù)、通信技術(shù)和計算機信號處理技術(shù)相結(jié)合，主要通過在線自動實時監(jiān)測并錄取油井油管與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)的動液面參數(shù)作為調(diào)控依據(jù)。預(yù)先設(shè)置固定合理的動液面參數(shù)后，通過實時監(jiān)測動液面高度動態(tài)變化，對抽油機變頻電動機進行自動變頻控制調(diào)頻，近而調(diào)節(jié)抽油桿帶動抽油泵內(nèi)活塞的上下往復(fù)沖次數(shù)。當(dāng)監(jiān)測到動液面超過設(shè)定值時，表示油層供液能力強，系統(tǒng)自動提頻，上調(diào)沖次，加速排液;當(dāng)監(jiān)測到動液面低于設(shè)定值時，表示油層供液能力弱，系統(tǒng)自動降頻，下調(diào)沖次，放緩排液，使抽油泵始終在理想的供液能力范圍內(nèi)高效排液工作。

2 智能調(diào)控采油系統(tǒng)主要構(gòu)成與功能

2.1 智能監(jiān)測系統(tǒng)

2.1.1 動液面智能監(jiān)測

智能調(diào)控采油的關(guān)鍵參數(shù)是動液面。動液面是油井生產(chǎn)時，油管與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)的液面。油井通過動液面計算抽油泵沉沒度和井底流壓，根據(jù)動液面變化制定油井工作制度。動液面反應(yīng)油井地層供液能力的強弱，地層供液能力是決定油井產(chǎn)量和持續(xù)性的關(guān)鍵性因素。動液面準(zhǔn)確程度直接決定了智能調(diào)控采油技術(shù)能否成功應(yīng)用。動液面智能監(jiān)測是以音標(biāo)法為基礎(chǔ)，采用亞聲波作為回波信號，頻率小于20Hz的亞聲波在油套環(huán)形空間內(nèi)傳播距離遠，能量消失慢，測出率和自動識別率高。通過現(xiàn)場試驗，確定了不同套壓所對應(yīng)的聲速值，并測出了氣液過渡帶的普遍厚度，從而為不具備使用回音標(biāo)的油井動液面測試提供了準(zhǔn)確的測試方法，對稠油熱采井尤為適用。

2.1.2 示功圖智能監(jiān)測

由于稠油熱采井油套環(huán)形空間內(nèi)工況復(fù)雜，動液面測試技術(shù)一旦出現(xiàn)故障，會直接影響調(diào)控。為了預(yù)防由于測不出或測不準(zhǔn)液面而造成的調(diào)控失效，系統(tǒng)集成了示功圖智能監(jiān)測分析功能。示功圖智能監(jiān)測可以按照固定頻率，通過示功圖測試儀定期測功圖，并且可以在調(diào)控失效時立刻繪制示功圖，同時提示報警。系統(tǒng)提示轉(zhuǎn)為人工控制，方便技術(shù)人員維修并及時對井下供液狀況做出輔助評價，保障抽油機安全穩(wěn)定生產(chǎn)。示功圖測試儀主要由位移傳感器、載荷傳感器、單片機處理器和小無線單元等部件組成。按照預(yù)先設(shè)定好的固定間隔時間，通過位移傳感器和載荷傳感 器定期定時測試抽油機光桿位移與懸點載荷，同時將數(shù)據(jù)送輸給單片機處理器，完成數(shù)據(jù)處理和信號轉(zhuǎn)換，再通過小無線單元把數(shù)據(jù)傳輸給智能控制柜采集數(shù)據(jù)終端。

2.1.3 優(yōu)化管控箱

優(yōu)化管控箱主要由 RTU、控制模塊、變頻器、電參模塊和通訊模塊組成。接收到動液面的測試數(shù)據(jù)或示功圖測試儀的數(shù)據(jù)后，RTU會對其進行分析計算、處理變換并儲存，繪制出光桿的移動示功圖。電參模塊可以按照設(shè)定時間定期測試電動機電參數(shù)據(jù)，并傳遞給RTU儲存。RTU會定期將數(shù)據(jù)傳遞給通訊模塊，通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸給中心控制系統(tǒng)的GPRS路由器。通訊模塊接收到中心控制系統(tǒng)的管控命令后，將其傳遞給 RTU，RTU將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳遞給控制模塊，由控制模塊調(diào)動變頻器，進而控制抽油機改變沖次，使抽油泵內(nèi)活塞運動的速度與泵腔 內(nèi)的進液速度相互匹配，達到最大泵效。

2.2 中心監(jiān)督管控系統(tǒng)

中心監(jiān)督管控系統(tǒng)一般設(shè)置在中心站場，是數(shù)據(jù)處理中心。它包括自動分析控制軟件、動液面算數(shù)軟件、功圖計算軟件、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)頁顯示軟件等。中心監(jiān)督管控系統(tǒng)通過 GPRS 路由器將各單井的數(shù)據(jù)接收、儲存至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，動液面算數(shù)軟件和功圖計算軟件從數(shù)據(jù)庫內(nèi)提取需要的各種數(shù)據(jù)并分析計算，再將結(jié)果儲存到數(shù)據(jù)庫中。通過網(wǎng)頁顯示軟件與數(shù)據(jù)庫進行對接溝通，從數(shù)據(jù)庫中獲得數(shù)據(jù)，并發(fā)布自動管控命令。自動分析控制軟件根據(jù)得到的多種參數(shù)和動液面設(shè)計值進行數(shù)據(jù)分析，并將命令通過 GPRS 路由器傳遞給優(yōu)化管控箱內(nèi)的通訊模塊。

2.3 自動保護管控系統(tǒng)

自動保護管控系統(tǒng)由斷路器、交流接觸器、熱繼電器和中間繼電器等組成。變頻運行過程中，變頻器出現(xiàn)故障，自動保護管控系統(tǒng)自動切換工頻運行，保護自身變頻器。當(dāng)外接電網(wǎng)出現(xiàn)大電壓、大電流時，主開關(guān)跳閘，自動保護管控系統(tǒng)切斷整個供電線路，保護整個設(shè)備。當(dāng)電源電壓下降或瞬時停電時，直流母線電壓會下降，變頻器通過降低輸出頻率降低電機轉(zhuǎn)速，電機負(fù)載的慣性能量回饋到直流一側(cè)，維持直流電壓高于欠壓動作值，避免因欠壓而停機。當(dāng)電機帶有大慣性負(fù)載并快速停車或者在運行過程中由于負(fù)載突變等原因引起短時再生制動時，變頻器的直流母線電壓會上升，電機通過調(diào)整輸出頻率和自動延長減速時間、降低制動轉(zhuǎn)矩，控制直流母線電壓的穩(wěn)定。

2.4 自動報警管控系統(tǒng)

為了防止出現(xiàn)特殊異常狀況，管控系統(tǒng)增加了自動報警功能，隨時監(jiān)測油井狀態(tài)變化。當(dāng)出現(xiàn)下列不同異常狀況時，管控系統(tǒng)會自動報警：運算出錯、基本參數(shù)輸入有誤、功圖和實際泵效由于斷脫漏失造成異常;井口溫度、壓力、動液面、沖次、套管壓力、電機電流和最大實際載荷等超過規(guī)定范圍;串口設(shè)備通信、變頻器、電度表讀取參數(shù)出現(xiàn)故障;出現(xiàn)抽油桿斷桿、管漏和卡泵等特殊情況。同時，調(diào)整油井相關(guān)參數(shù)，減少損失。不同情況有不同的報警等級，根據(jù)報警等級，對采油系統(tǒng)設(shè)備進行自動控制保護。

3 應(yīng)用實踐

某井組為反九點正方形井網(wǎng)，共有9口井。其中中心注汽井1口，周圍 8 口生產(chǎn)井。根據(jù)生產(chǎn)效果將8口生產(chǎn)井分為兩類：受蒸汽驅(qū)替作用效果正常的5口，效果弱的3口。由于該井組油井分布較為分散，井與井之間距離較遠，人工定期監(jiān)測能力有限，造成管控及時性較差，部分井的供液能力與抽油泵排液量不匹配，人工管理如果不能及時發(fā)現(xiàn)問題，泵效低造成泵體磨損，增加作業(yè)成本，浪費電能。因此，對8口生產(chǎn)井全部安裝智能調(diào)控采油設(shè)備，提高系統(tǒng)運行效率。

通過井組整體實施智能調(diào)控采油技術(shù)試驗前后的對比得知，階段生產(chǎn)20d 后，整體增油明顯，平均單井檢泵次數(shù)減少 1 次，檢泵周期平均延長32d，有效降低了因泵體損耗而檢泵、檢桿等作業(yè)費用，避免了抽油機系統(tǒng)和電能的無效損耗和浪費。

4 結(jié)論

智能調(diào)控采油技術(shù)系統(tǒng)替代人工手動操作管控調(diào)節(jié)采油，不但能夠提高系統(tǒng)效率，節(jié)能降耗，增加經(jīng)濟效益，而且在油井供液量充足時，產(chǎn)液量也會顯著增加。該系統(tǒng)完全適應(yīng)蒸汽驅(qū)現(xiàn)場實際生產(chǎn)的需求，保證了蒸汽驅(qū)開發(fā)平穩(wěn)、順利進行。

（中國石油遼河油田分公司興隆臺采油廠? ? 遼寧 盤錦 124000）