忠縣作業(yè)區(qū)智能泡排系統(tǒng)節(jié)能降耗適應(yīng)性分析

吳倩穎（西南油氣田分公司重慶氣礦）

隨著老氣田進(jìn)入開發(fā)后期，地層能量低，帶液困難，需要采取泡沫排水輔助生產(chǎn)[1-3]。目前，作業(yè)區(qū)成立了三個(gè)中心站，在中心站管理模式下，原有的泡排加注工藝需要員工現(xiàn)場(chǎng)兌藥加注，巡井車輛能耗大，原有的泡排管理模式已無(wú)法滿足節(jié)能降耗需求[4-8]。作業(yè)區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)井38 口，其中泡排井10口，日產(chǎn)氣12×104m3/d，日產(chǎn)水5 m3/d，占日產(chǎn)氣量30%，占日產(chǎn)水量13.2%。作業(yè)區(qū)現(xiàn)有泡排井的泡排加注工藝主要有兩種：泵注和固體投注，其中固體泡排投注井6 口，泵注井4 口。作業(yè)區(qū)年消耗量泡排劑16 t，全年消耗金額約20.8 萬(wàn)元。固體泡排投注井采用人工操作投注，無(wú)水電消耗，泵注井需要配兌及泵入藥劑，需要消耗水電。作業(yè)區(qū)4 口泡排井2020 年平均每口井消耗電量5 124.5 kWh，平均每口井電費(fèi)約3 586 元，共消耗20 498 kWh 電量，累計(jì)費(fèi)用約1.434 4 萬(wàn)元。

1 智能泡排加注工藝原理

1.1 工作原理

起泡劑配兌系統(tǒng)和消泡劑配兌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理相似但有很大的區(qū)別，起泡劑配兌系統(tǒng)的藥劑利用重力原理通過(guò)PLC 控制的電磁閥進(jìn)入混合罐，消泡劑配兌系統(tǒng)的藥劑由PLC控制自吸泵抽入混合罐[9]。

起泡劑配兌系統(tǒng)工作過(guò)程：中心場(chǎng)站控制系統(tǒng)給PLC系統(tǒng)發(fā)出指令—PLC開啟進(jìn)水電磁閥，開始進(jìn)水—液位計(jì)計(jì)量到位—PLC 關(guān)斷進(jìn)水電磁閥—PLC 開啟藥劑電磁閥—液位計(jì)計(jì)量到位—PLC 關(guān)斷藥劑電磁閥—PLC反饋給控制系統(tǒng)信號(hào)。

消泡劑配兌系統(tǒng)工作過(guò)程：中心場(chǎng)站控制系統(tǒng)給PLC系統(tǒng)發(fā)出指令—PLC開啟進(jìn)水電磁閥，開始進(jìn)水—液位計(jì)計(jì)量到位—PLC關(guān)斷進(jìn)水電磁閥——PLC 啟動(dòng)自吸泵—液位計(jì)計(jì)量到位—PLC 停止自吸泵—PLC 控制攪拌啟動(dòng)（加注過(guò)程中攪拌定時(shí)啟停）—PLC反饋給控制系統(tǒng)信號(hào)（配兌結(jié)束）。

在遠(yuǎn)程上位機(jī)參數(shù)設(shè)定界面中，輸入配兌啟動(dòng)時(shí)間、水藥比例、配兌罐數(shù)等參數(shù)后，上位系統(tǒng)遠(yuǎn)程下發(fā)指令給現(xiàn)場(chǎng)泡排智能化加注裝置，裝置內(nèi)PLC控制器會(huì)自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的目標(biāo)高度，并控制加水和加藥電磁閥順序打開和關(guān)閉來(lái)進(jìn)行自動(dòng)配藥，當(dāng)配液完成后泵會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行藥劑加注，遠(yuǎn)程上位機(jī)參數(shù)設(shè)定界面見圖1。

圖1 遠(yuǎn)程上位機(jī)參數(shù)設(shè)定界面

1.2 實(shí)現(xiàn)功能

泡排智能化加注工藝實(shí)現(xiàn)了就地和遠(yuǎn)程智能化加注控制的功能，實(shí)現(xiàn)了加注過(guò)程“智慧化”，明顯降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少車輛運(yùn)行時(shí)間，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝置停泵[10]。同時(shí)該裝置內(nèi)置有小功率攪拌機(jī)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置攪拌機(jī)攪拌時(shí)間，有效降低了攪拌機(jī)無(wú)用時(shí)間。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 泡排智能化加注工藝結(jié)構(gòu)

智能泡排裝置采用撬裝結(jié)構(gòu)，主要由藥劑罐、混合罐、等組成，見圖2。進(jìn)水管路與場(chǎng)站自來(lái)水管道連接，混合罐與加注系統(tǒng)采用法蘭連接。在上水管路和起泡藥劑輸入管路上，與電磁閥并行設(shè)置一旁通管路。藥劑罐與混合罐的廢液管匯集到一個(gè)排出口，起泡廢液排出口與消泡廢液排出口分開。起泡劑配兌裝置設(shè)置臺(tái)階，便于人工加入藥劑。

圖2 泡排智能化加注裝置現(xiàn)場(chǎng)

2.2 泡排智能化加注工藝適用范圍

由于此泡排智能化加注裝置藥劑出口設(shè)有止回閥，若遇高含硫氣井，僅需更換泵出口管線和止回閥為抗硫管線設(shè)備即可，加注設(shè)備是獨(dú)立系統(tǒng)，不受影響。與傳統(tǒng)人工兌藥加注相同，泡排智能化加注工藝只需調(diào)節(jié)加注泵排壓來(lái)適應(yīng)氣井壓力，對(duì)于高產(chǎn)量井，需要加注大量泡排劑時(shí)，通過(guò)更換泵的排量和泵出口管徑便能保障正常生產(chǎn)。

綜上所述，凡是能夠進(jìn)行液體泡排加注的氣井均能使用此泡排智能化加注裝置，所受邊界條件影響較小。

2.3 節(jié)能分析

2.3.1 降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公

1）降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度。中心站操作人員通過(guò)中心站發(fā)送指令，在“上位機(jī)操作界面”輸入泡排比例及單日加注量等參數(shù)，點(diǎn)擊“啟動(dòng)系統(tǒng)”，藥劑便自動(dòng)進(jìn)行配兌加注。對(duì)于泡排制度不變的生產(chǎn)井，裝置“周期性自動(dòng)加注”功能使員工無(wú)需每天在上位機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)，整個(gè)過(guò)程全自動(dòng)化，操作界面簡(jiǎn)單明了，方便每個(gè)員工進(jìn)行操作。

2）實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公。操作界面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，在值班室即可監(jiān)控藥劑加注情況，值班人員能夠隨時(shí)讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，無(wú)需去生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)用紙質(zhì)錄取數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公，提高工作效率。

2.3.2 降低了成本及車輛運(yùn)行能耗

由池4 井泡排智能化加注裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可知：在進(jìn)行泡排智能化加注前，池4井全年巡井車量燃油費(fèi)（巡井單程距離13 km）、車輛臺(tái)班費(fèi)、車輛維護(hù)費(fèi)、補(bǔ)助費(fèi)約為1.695 1 萬(wàn)元。泡排智能化加注后，巡井周期由原來(lái)的3天/次延長(zhǎng)至1周/次，各項(xiàng)費(fèi)用全年約為0.847 5 萬(wàn)元，節(jié)約各項(xiàng)費(fèi)用全年共計(jì)0.847 6 萬(wàn)元，另一方面隨著車輛運(yùn)行里程數(shù)的減少，也能降低車輛運(yùn)行過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，效益對(duì)比見表1。

表1 池4井試驗(yàn)前后效益分析對(duì)比

綜上所述，安裝泡排智能化加注裝置不但能夠有效降低車輛運(yùn)行能耗，而且具有經(jīng)濟(jì)效益。降低成本多少與中心站到單井里程數(shù)及巡檢次數(shù)有關(guān)，作業(yè)區(qū)具備泡排智能化加注氣井有4口，預(yù)計(jì)將全年節(jié)約車輛運(yùn)行費(fèi)用及人員補(bǔ)助3.39萬(wàn)元。

2.3.3 精確水電消耗，減少人為因素資源浪費(fèi)

人工加注時(shí)無(wú)法精確計(jì)量加注水量，人工運(yùn)水容易造成水資源浪費(fèi)，不及時(shí)關(guān)閉加注泵也會(huì)導(dǎo)致電力損耗，智能泡排系統(tǒng)能夠按照泡排制度要求精確控制用水量及加注泵運(yùn)行時(shí)間，從而有效避免人工加注所帶來(lái)的資源浪費(fèi)。同時(shí)智能泡排可以適應(yīng)任意泡排制度的優(yōu)化，減少不必要的加注時(shí)間。泡排智能化加注前后預(yù)計(jì)每年可節(jié)約電量6 227 kWh，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約電費(fèi)約4 358元，對(duì)比分析見表2。

表2 泡排智能化加注前后電力消耗分析對(duì)比

綜上所述，泡排智能化加注裝置生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用說(shuō)明，泡排智能化加注與員工現(xiàn)場(chǎng)兌藥加注相比，減少員工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公；創(chuàng)造效益及降低車輛運(yùn)行能耗；精確水電消耗，減少人為因素資源浪費(fèi)。充分利用井站數(shù)字信息化建設(shè)，解決中心站模式下的節(jié)能降耗問(wèn)題。

3 結(jié)論

泡排智能化加注裝置具有報(bào)警功能及安全連鎖功能，且泡排配兌加注的整個(gè)過(guò)程在裝置及管路里進(jìn)行，基本不與外界接觸，不會(huì)出現(xiàn)泡排劑灑、漏現(xiàn)象，證明了該裝置的安全環(huán)保性高。

原有的泡排工藝需要員工現(xiàn)場(chǎng)兌藥加注，在中心井站管理模式的今天，巡井車輛運(yùn)行成本高、現(xiàn)場(chǎng)兌藥加注耗時(shí)長(zhǎng)、人力消耗大、水電浪費(fèi)等問(wèn)題日益突出。而泡排智能化加注技術(shù)已趨于成熟，能夠有效解決能源消耗問(wèn)題。

由于部分井站采用的3G 網(wǎng)絡(luò)，受信號(hào)傳輸效果的影響，偶爾存在不能遠(yuǎn)程自動(dòng)加注的情況。建議對(duì)于個(gè)別距離遠(yuǎn)、產(chǎn)量大、對(duì)泡排劑加注依耐性較大的氣井改用光纖通信。