間歇?dú)馀e排水采氣智能監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

王儀 賈程 居錦武 任俊松 彭緒濤 吳軍萍

摘要：針對間歇?dú)馀e排水采氣傳統(tǒng)憑經(jīng)驗(yàn)確定工作制度、人工現(xiàn)場操作執(zhí)行等不足，提出一 套完整的智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并研發(fā)了核心的智能控制器。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對間歇?dú)馀e排水采 氣生產(chǎn)管理的核心關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行全覆蓋實(shí)時(shí)監(jiān)測，還可以基于實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)智能診斷工況、自動 調(diào)整間歇?dú)馀e工作制度，同時(shí)提供人機(jī)交互操控指令接口。室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)表明：該系統(tǒng)可以實(shí) 現(xiàn)氣舉、自噴、注氣、停井全面自動操控；能實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵核心生產(chǎn)參數(shù)的全面監(jiān)控，覆蓋率達(dá)到 100％；自動工況診斷與專家經(jīng)驗(yàn)基本相符；2種智能自動控制方法（時(shí)鐘法、壓控法）均能正常 工作。該系統(tǒng)的研制成功可為排水采氣工藝的運(yùn)行提供有效助力。

關(guān)鍵詞：間歇?dú)馀e；排水采氣；智能監(jiān)控；智能控制器；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TE931 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16082／j．enki．issn．1001-4578.2022.12.015

Research and Design of Intelligent Monitoring System for

Drainage Gas Recovery by Intermittent Gas Lift Wang Yi Jia Cheng Ju Jinwu Ren Junsong Peng Xutao Wu Junping

（School of Computer Science and Engineering，Sichuan Unitersity of Science&Engineering）

Abstract：In order to overcome the shortcomings of drainage gas recovery by intermittent gas lift such as tradi- tionally determining working system bby experience and manual field operation， a complete intelligent monitoring system design scheme was proposed， and a core intelligent controller was developed. The system can realize full cover real-time monitoring on the core key parameters of drainage gas recovery management by intermittent gas lift， intelligently diagnose the working conditions based on real-time monitoring data，automatically adjust the intermit- tent gas lift workingsystem，and provide human-computer interaction control command interface.Laboratory and field tests show that the system can realize fully automatic control of gas lift， natural flow，gas injection and shut- in well， and can realize comprehensive monitoring of key core production parameters，with coverage rate reaching 100%. The automatic condition diagnosis is basically consistent with expert experience. The two intelligent auto- matic control methods（clock method and pressure contol method） can work normally. The successful development of the system prvides effective assistance for the operation of drainage gas recovery process.

Keywords： intermittent gas lift;drainage gas recovery; intelligent monitoring; intelligent controller; inter- net of things

0引言

大部分氣井生產(chǎn)中后期將需要排水采氣工藝，常見的排水采氣有速流管、泡排、有桿泵、螺桿泵、電潛泵、連續(xù)氣舉、間歇?dú)馀e及柱塞氣舉等方式。許多研究者［1—3］對常見排水采氣的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了全面系統(tǒng)分析。對于注氣壓力足夠的中淺層氣井，在不下入氣舉閥的情況下，氣舉排液采氣基本不受井身結(jié)構(gòu)影響，可廣泛用于大斜度井及水平井。對于低產(chǎn)低壓氣井，間歇?dú)馀e相對于連續(xù)氣舉，可有效提高氣舉效率，因此在氣井開采中后期廣泛使用。本研究主要針對光油管間歇?dú)馀e排水采氣，未考慮氣舉閥。

由于光油管間歇?dú)馀e排液采氣生產(chǎn)工藝極為簡單，一般采用人工方式或者時(shí)鐘自動控制法定期開啟注氣氣舉、關(guān)閉注氣自噴來進(jìn)行生產(chǎn)管理。2017年，R．E．MOFFETT等4論述了定時(shí)開啟間歇?dú)馀e的不足，提出了基于注氣舉竄井筒積液后的油管壓力變化特征來自動關(guān)閉注氣的方法，可以節(jié)省大量的注氣量，但并未研究間歇注氣氣舉的合適時(shí)機(jī)。由理論分析可知［s—6］，間歇注氣氣舉的時(shí)機(jī)與井筒積液程度密切相關(guān)：若井筒積液嚴(yán)重時(shí)注氣氣舉排液，一方面影響氣井產(chǎn)量，另一方面提高了注氣排液的難度（需要更高的注氣壓力、更多的注氣量）；若井筒積液輕微時(shí)采用注氣氣舉排液，則必然導(dǎo)致注氣浪費(fèi)且影響產(chǎn)量。一般來說，間歇注氣氣舉排液時(shí)機(jī)選在井筒積液未對自噴生產(chǎn)帶來較大影響時(shí)較為合適。多年來，研究者對井筒積液的診斷有很多研究，最直接有效的辦法就是井筒壓力梯度測井解釋，但該方法費(fèi)用高、需要專用設(shè)備，難以滿足智能自動生產(chǎn)管理需求。為此，許多研究者提出了利用生產(chǎn)動態(tài)資料［7—9］，特別是應(yīng)用井口油壓、套壓的變化特征來診斷井筒積液情況，該方法便于實(shí)現(xiàn)間歇?dú)馀e智能自動控制。

隨著信息化、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，井場數(shù)字化、智能化、物聯(lián)網(wǎng)化是當(dāng)前智能油氣田建設(shè)的基本要求，很多研究者對井場物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方案有較為系統(tǒng)的思考［10—4］，提出了一些通用的解決方案，包括與井直接相關(guān)的參數(shù)感知、智能自動控制、連網(wǎng)傳輸以及后臺分析處理等。就具體排水采氣井而言，技術(shù)服務(wù)廠商還是更多地從滿足智能自動操控需求來設(shè)計(jì)產(chǎn)品（15］，做的較為成功的是智能柱塞排水采氣［16—17］，在泡沫排水采氣加注工藝也有一些嘗試［18］，對氣井的生產(chǎn)動態(tài)與工況全方位監(jiān)控設(shè)計(jì)考慮不足。

本研究針對光油管間歇?dú)馀e排水采氣需求，借鑒了其他類型智能控制器的有益經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮了井場物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需要，基于本研究團(tuán)隊(duì)申請的專利技術(shù)［19］，設(shè)計(jì)了間歇?dú)馀e排水采氣智能監(jiān)控系統(tǒng)。該智能監(jiān)控系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①在自動操控功能上，在傳統(tǒng)的間歇?dú)馀e排液（簡稱氣舉）與自噴生產(chǎn)（簡稱自噴）2種生產(chǎn)狀態(tài)外，還考慮了注氣、停井2種可能狀態(tài)；②在感知傳感器設(shè)計(jì)上，除考慮智能控制需求外，還考慮了生產(chǎn)動態(tài)分析需求，設(shè)計(jì)的傳感器有注氣流量傳感器、注氣干線壓力傳感器、套壓傳感器、油壓傳感器、回壓傳感器和生產(chǎn)產(chǎn)氣流量傳感器；③在智能控制上，增加了基于壓力變化特征的積液工況診斷與氣舉排液舉竄工況診斷，可以實(shí)現(xiàn)智能自動切換生產(chǎn)狀態(tài)，同時(shí)保留了時(shí)鐘控制切換功能，提供了遠(yuǎn)程人工操控接口；④在遠(yuǎn)程連網(wǎng)傳輸上，設(shè)計(jì)了4G物聯(lián)網(wǎng)傳輸模塊，支持常用的MQTT傳輸協(xié)議。

1 井口系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了滿足間歇?dú)馀e排水采氣智能生產(chǎn)監(jiān)控的需求，筆者對傳統(tǒng)的氣舉排水采氣井口系統(tǒng)進(jìn)行了改造，主要是增加必要的檢測傳感器和可自動控制開關(guān)的注氣及生產(chǎn)閥門（見圖1），主要設(shè)計(jì)思路如下。

（1）間歇?dú)馀e排水采氣采用油套環(huán)空注氣、油管采氣方式。工作時(shí)，先將注氣閘門和生產(chǎn)閘門打開，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，調(diào)整好注氣壓力、注氣排量、產(chǎn)氣排量和生產(chǎn)油壓等參數(shù)范圍；然后根據(jù)智能生產(chǎn)控制優(yōu)化方法，基于油壓、套壓變化特征智能開啟注氣薄膜控制閥、生產(chǎn)薄膜控制閥。系統(tǒng)同時(shí)提供了手動操控功能。

（2）研究設(shè)計(jì)的間歇?dú)馀e排水采氣智能控制器為井口核心器件，負(fù)責(zé)采集傳輸數(shù)據(jù)并發(fā)出控制指令。

（3）在套管注氣井口側(cè)翼，依次增加了注氣流量傳感器、干線注氣壓力傳感器、注氣薄膜控制閥；另一套管井口側(cè)翼增加了套壓傳感器。

（4）在油管生產(chǎn)井口側(cè)翼，依次增加了生產(chǎn)薄膜控制閥、回壓傳感器、生產(chǎn)流量傳感器；另一油管井口側(cè)翼增加了油壓傳感器。

（5）通過加裝注氣流量傳感器、采氣生產(chǎn)流量傳感器、干線注氣壓力傳感器、套壓傳感器、油壓傳感器、回壓傳感器，經(jīng)智能控制器匯集處理后，一方面可以實(shí)時(shí)監(jiān)控氣井生產(chǎn)工況動態(tài)，同時(shí)為控制指令的智能產(chǎn)生提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（6）注氣薄膜控制閥、生產(chǎn)薄膜控制閥，為氣動控制開關(guān)閥，控制氣源可直接來源于套管氣（需經(jīng)過降壓、凈化后為薄膜控制閥提供開關(guān)動力）。在控制氣源通道上增加電磁閥，由電磁閥控制氣源的開啟。智能控制器發(fā)出控制指令控制電磁閥的開啟。

2 智能控制器研究設(shè)計(jì)

間歇?dú)馀e排水采氣智能生產(chǎn)控制系統(tǒng)的核心器件是智能控制器。本研究基于間歇?dú)馀e技術(shù)原理，針對間歇?dú)馀e排水采氣智能生產(chǎn)控制需求，參照本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)的專利技術(shù)［19］，同時(shí)兼顧了未來的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展應(yīng)用需要，設(shè)計(jì)了一套智能控制器。

2.1 智能控制器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能控制器硬件系統(tǒng)以ARM處理器為核心，連接傳感器實(shí)時(shí)采集間歇?dú)馀e排水采氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)，嵌入智能控制算法，實(shí)現(xiàn)舉升狀態(tài)自動調(diào)整；同時(shí)提供了人機(jī)交互相關(guān)功能，系統(tǒng)還可通過4G物聯(lián)網(wǎng)模塊與物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行交互。智能控制器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

智能控制器的核心器件為基于 ARM 32—bitCoretex TM-M3 CPU的STM32F103CB芯片，其主頻 7 MHz，64 kB Flash 存儲器，SRAM內(nèi)存20kB。 該芯片負(fù)責(zé)控制器數(shù)據(jù)采集、處理及指令輸出。

智能控制器提供8路模擬量輸入，當(dāng)前系統(tǒng)連接6個傳感器輸入，其余為預(yù)留。目前提供4個壓力傳感器、2個流量傳感器連接。4個壓力傳感器分別為注氣干線壓力傳感器、井口套管壓力傳感器、井口油管壓力傳感器和地面流程回流壓力傳感器；2個流量傳感器分別為注氣流量傳感器和井口采出氣流量傳感器。

智能控制器提供8路數(shù)字I0輸入，當(dāng)前系統(tǒng)連接2個人機(jī)交互按鈕：一個為“設(shè)置（確定）”按鈕，一個為“選擇”按鈕。通過按鈕可以設(shè)置硬件系統(tǒng)工作參數(shù)。其余數(shù)字量輸入接口為預(yù)留。

智能控制器提供8路開關(guān)量輸出，當(dāng)前系統(tǒng)使用4路，其余為預(yù)留。目前提供的4路開關(guān)輸出量分別為：控制注氣薄膜控制閥的開關(guān)電磁閥、控制生產(chǎn)薄膜控制閥的開關(guān)電磁閥、2個系統(tǒng)本身工作狀態(tài)顯示LED燈（正常、異常）。

智能控制器通過RS485接口，連接4G物聯(lián)網(wǎng)模塊，優(yōu)選型號為ZHC4922，支持全網(wǎng)通4G網(wǎng)絡(luò)，支持MQTT傳輸協(xié)議，可直接與阿里等通用物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行連接。

智能控制器還提供了外接SD存儲卡接口，可擴(kuò)展存儲空間；系統(tǒng)自帶時(shí)鐘紐扣電池RTC、帶蜂鳴器報(bào)警。

智能控制器提供了USB、RS485直聯(lián)電腦的調(diào)試接口，可修改嵌入式軟件，調(diào)試工作參數(shù)。

2.2 智能控制器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能控制器嵌入軟件基于ARM指令集，采用C語言進(jìn)行開發(fā)實(shí)現(xiàn)，其主要運(yùn)行邏輯如圖3所示。開機(jī)后首先自檢系統(tǒng)軟硬件，讀取系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，然后進(jìn)入主循環(huán)。

軟件主循環(huán)主要有8個模塊，具體如下。

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊根據(jù)采樣頻率設(shè)置定時(shí)讀取傳感器檢測數(shù)據(jù)，若有異常則報(bào)警。采樣頻率可在10～600s內(nèi)自由設(shè)定。

（2）數(shù)據(jù)存儲模塊。該模塊將采集到數(shù)據(jù)及各種操控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲。

（3）自控邏輯模塊。這是最為核心的模塊，根據(jù)自控邏輯算法，達(dá)到控制條件則輸出控制指令。生產(chǎn)狀態(tài)控制指令分為4種：關(guān)井（注氣控制電磁閥關(guān)、生產(chǎn)控制電磁閥關(guān)）、注氣（注氣控制電磁閥開、生產(chǎn)控制電磁閥關(guān)）、氣舉（注氣控制電磁閥開、生產(chǎn)控制電磁閥開）、自噴（注氣控制電磁閥關(guān)、生產(chǎn)控制電磁閥開）。

（4）數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。該模塊將傳感器采集數(shù)據(jù)及生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過RS485接口進(jìn)行發(fā)送，電腦可直聯(lián)RS485讀取數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)平臺通過4G模塊讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送頻率由上位機(jī)來設(shè)定，其時(shí)間范圍為10～600s。

（5）按鍵讀取模塊。該模塊讀取設(shè)置按鍵、選擇按鍵狀態(tài)，觸發(fā)對應(yīng)選項(xiàng)操控指令，調(diào)用相關(guān)模塊進(jìn)行處理，主要有修改設(shè)置參數(shù)和發(fā)送生產(chǎn)狀態(tài)控制指令。主要設(shè)置參數(shù)有數(shù)據(jù)采集頻率、與物聯(lián)網(wǎng)平臺的連接設(shè)置、智能自動控制參數(shù)設(shè)值（如采用時(shí)控法或壓控法，時(shí)控法的各生產(chǎn)狀態(tài)持續(xù)時(shí)長，壓控法的切換界限參數(shù)等）。

（6）遠(yuǎn)程操控讀取模塊。該模塊通過電腦直聯(lián)或者物聯(lián)網(wǎng)平臺連接的RS485接口讀取操控指令，主要有修改設(shè)置參數(shù)和發(fā)送生產(chǎn)狀態(tài)控制指令。

（7）LCD顯示模塊。該模塊根據(jù)按鍵選項(xiàng)設(shè)置，顯示相應(yīng)內(nèi)容，包括系統(tǒng)硬件工作狀態(tài)、井生產(chǎn)狀態(tài)及參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置選擇內(nèi)容等。

（8）自控邏輯模塊。該模塊是智能控制器的核心，它實(shí)現(xiàn)了完備的自控邏輯，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)、實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)、手動操控指令狀態(tài)，自動輸出井生產(chǎn)狀態(tài)改變指令：氣舉、自噴、注氣和關(guān)井。其主要算法邏輯如圖4所示。

首先，讀取系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，包括系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)、當(dāng)前井生產(chǎn)狀態(tài)（關(guān)井或注氣或氣舉或自噴）及該狀態(tài)持續(xù)時(shí)間、實(shí)時(shí)生產(chǎn)工藝參數(shù)（注氣壓力、套壓、油壓、回壓等）、生產(chǎn)工藝參數(shù)變化特征參數(shù)（如：油套壓差、油壓變化梯度、套壓變化梯度等）、按鍵或者遠(yuǎn)程輸入的生產(chǎn)狀態(tài)切換指令等。然后，確定是否需要輸出控制指令。若有手動控制指令，優(yōu)先執(zhí)行；若無手動控制指令，則按系統(tǒng)設(shè)置自動切換算法選項(xiàng)（時(shí)鐘法或壓控法），判定是否達(dá)到生產(chǎn)狀態(tài)切換條件。

控制器的“智能”體現(xiàn)在時(shí)鐘法與壓控法上。時(shí)鐘控制法比較好理解，預(yù)先設(shè)置的各種工作狀態(tài)的工作時(shí)長，當(dāng)現(xiàn)工作狀態(tài)持續(xù)時(shí)間達(dá)到設(shè)定時(shí)長時(shí)就自動發(fā)出切換指令；壓控法是本智能控制器的創(chuàng)新所在，根據(jù)油壓、套壓變化特征來診斷氣舉舉竄與自噴積液工況從而自動輸出切換指令，具體診斷切換方法如下（“停井”、“注氣”并非生產(chǎn)常態(tài)，未考慮切換算法）：

自噴轉(zhuǎn)氣舉：①油壓下降，油套壓差上升，輕微積液，需要重點(diǎn)關(guān)注，可考慮人工切換。②油壓波動下降，套壓較為穩(wěn)定或下降，積液已經(jīng)影響生產(chǎn)，發(fā)送切換為“氣舉”指令。

氣舉轉(zhuǎn)自噴：氣舉一段時(shí)間，油壓劇烈波動后，油套壓差穩(wěn)定，氣舉舉竄特征明顯，發(fā)送切換為“自噴”指令。

3 測試驗(yàn)證

3.1 室內(nèi)模擬裝置測試

為了驗(yàn)證本研究設(shè)計(jì)的間歇?dú)馀e排水采氣智能控制系統(tǒng)，在室內(nèi)做了一個簡單的試驗(yàn)測試裝置，如圖5所示。試驗(yàn)裝置用4個硬管，裝載不同液位的水量，在水管中放置4個液位壓力傳感器，分別模擬干線注氣壓力、套壓、油壓、回壓的監(jiān)測；在模擬套壓、油壓的水管中放置潛水泵，潛水泵通過繼電器控制，模擬注氣、生產(chǎn)電磁閥開啟；通過潛水泵開啟還可以改變液位，可模擬油壓、套壓變化。

由室內(nèi)模擬裝置測試可知，間歇?dú)馀e控制器能正常采集傳輸傳感器數(shù)據(jù)，能根據(jù)不同的自控策略正確輸出控制指令，系統(tǒng)總體功耗在2W左右。在實(shí)際油田應(yīng)用中，壓力等級、真實(shí)操作邏輯還有較大差別，但其原理類似，只需要修改相關(guān)設(shè)置參數(shù)，即可到現(xiàn)場進(jìn)行測試應(yīng)用。

3.2 礦場數(shù)據(jù)驗(yàn)證

在西部某氣田支持下，獲取了某區(qū)塊2口井（某區(qū)井1、井2）柱塞輔助間歇?dú)馀e排液采氣井資料。2口井的井口智能控制系統(tǒng)直接采用智能柱塞控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了油壓、套壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。智能柱塞排水采氣采用時(shí)鐘法控制且只能控制生產(chǎn)出口智能開啟與關(guān)閉，注氣由人工控制，即：當(dāng)柱塞氣舉生產(chǎn)時(shí)人工開啟注氣閘門，注氣保持一段時(shí)間后人工關(guān)閉注氣。井1的部分實(shí)時(shí)監(jiān)控油套壓變化曲線見圖6。其工作制度中間做了1次調(diào)整，開始為氣舉1h、自噴3h和關(guān)井2h，后調(diào)整為生產(chǎn)期間2次氣舉；從油壓、套壓變化曲線可以看出氣舉時(shí)氣竄特征明顯，在生產(chǎn)周期只有1次氣舉時(shí)，有2次能明顯觀察到自噴中后期油壓有壓力波動。井2的部分實(shí)時(shí)監(jiān)控油套壓變化曲線見圖7，其工作制度氣舉1h、自噴5h和關(guān)井2h；從油壓、套壓變化曲線可以看出氣舉時(shí)氣竄特征明顯，其中在9月17日有1次氣舉未舉竄，9月19日油壓與套壓近似相等表現(xiàn)異常。

通過對2口實(shí)際礦場柱塞輔助間歇?dú)馀e排水采氣數(shù)據(jù)分析，可以看出有3個主要問題：①采用智能柱塞控制系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)注氣的自動控制，還需要手動操作氣舉；②實(shí)時(shí)監(jiān)控油壓、套壓采樣頻率為1h，實(shí)際生產(chǎn)的細(xì)微特征無法檢測；③注氣量、采氣量未實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，對間歇?dú)馀e的效果分析難以細(xì)化。

為了分析本項(xiàng)目研究的間歇?dú)馀e排水采氣智能監(jiān)控系統(tǒng)的效果，對采集到的實(shí)際礦場數(shù)據(jù)做了處理：將日報(bào)中的注氣量、采氣量、注氣干線壓力、回壓按生產(chǎn)特征，劈分到實(shí)時(shí)監(jiān)控點(diǎn)上，這樣就有完整的模擬實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。然后，編制程序用電腦將該數(shù)據(jù)按30s的間隔發(fā)送給新研發(fā)的智能監(jiān)控器。最后通過設(shè)置新研發(fā)的智能監(jiān)控器工況診斷與自控參數(shù)，觀察分析其運(yùn)行效果，測試結(jié)果如下。

（1）對于實(shí)時(shí)感知，在顯示器上，能正確顯示瞬時(shí)日注氣量、日產(chǎn)氣量、注氣干線壓力、套壓、油壓、回壓，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵參數(shù)感知的全覆蓋。

（2）對于工況診斷，與專家經(jīng)驗(yàn)診斷對比分析：①在氣舉階段，能準(zhǔn)確判定氣舉舉竄工況，正確率達(dá)到100％；②在自噴階段對3次油壓波動實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確判定積液影響生產(chǎn)，正確率達(dá)到100％；③異常判定，對井2的部分時(shí)段油套壓近似相等，甚至油壓大于套壓進(jìn)行了報(bào)警。

（3）對于時(shí)鐘法智能控制，基于設(shè)定的氣舉時(shí)間、自噴時(shí)間、關(guān)井時(shí)間、注氣時(shí)間，正常打開相應(yīng)的繼電器，實(shí)現(xiàn)到點(diǎn)正常切換。

（4）對于壓控法智能控制。能準(zhǔn)確判定氣舉舉竄工況，并自動實(shí)現(xiàn)從氣舉到自噴的切換，正確率100％；能準(zhǔn)確判定自噴階段積液導(dǎo)致的油管壓力波動，并自動實(shí)現(xiàn)從自噴到氣舉的切換，正確率100%。

通過分析可以看出，新研發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)氣舉、自噴、注氣、停井全面自動操控；能實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵核心生產(chǎn)參數(shù)的全面監(jiān)控，覆蓋率達(dá)到100％；自動工況診斷與專家經(jīng)驗(yàn)基本相符；2種智能自動控制方法（時(shí)鐘法、壓控法）均能正常工作。

4 結(jié)論

（1）針對間歇?dú)馀e排水采氣井主要采用人工憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行粗放化生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，研究設(shè)計(jì)了一套針對光油管間歇?dú)馀e排水采氣的井場物聯(lián)網(wǎng)化的智能監(jiān)控終端系統(tǒng)。

（2）在本項(xiàng)目研究中，通過在常規(guī)的采氣井口流程中設(shè)計(jì)增加注氣、采氣生產(chǎn)氣動薄膜控制閥系統(tǒng)（含電磁閥器件控制其開啟），可實(shí)現(xiàn)4種生產(chǎn)狀態(tài)（關(guān)井、注氣、氣舉、自噴）的靈活自動控制；同時(shí)增加了注氣流量、注氣干線壓力、井口套管壓力、生產(chǎn)氣流量、井口油管壓力、井口回壓傳感監(jiān)測點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)氣井生產(chǎn)工況全面實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（3）根據(jù)間歇?dú)馀e排水采氣智能生產(chǎn)監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求，研究設(shè)計(jì)開發(fā)了專用智能控制器。該控制器選用基于ARM指令集的STM32F103CB芯片，嵌入了時(shí)鐘法、壓控法兩種智能控制氣井生產(chǎn)邏輯算法，同時(shí)還提供了現(xiàn)場按鈕、遠(yuǎn)程軟件指令手動操作間歇?dú)饩a(chǎn)制度調(diào)控功能。智能控制器增加了4G物聯(lián)網(wǎng)連接模塊，可方便與遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送。

（4）本研究專門設(shè)計(jì)了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的室內(nèi)試驗(yàn)測試裝置，驗(yàn)證了新研發(fā)的控制器能正確采集數(shù)據(jù)、正確處理數(shù)據(jù)、正確發(fā)出控制指令并執(zhí)行。

（5）應(yīng)用礦場2口井實(shí)際間歇?dú)馀e排水采氣數(shù)據(jù)，通過模擬采集處理，驗(yàn)證新研發(fā)的控制器能夠?qū)﹂g歇?dú)馀e井進(jìn)行實(shí)時(shí)工況診斷，診斷結(jié)果與專家經(jīng)驗(yàn)基本相符；能夠?qū)﹂g歇?dú)馀e進(jìn)行智能自動正確控制。

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第一作者簡介：王 儀，高級工程師，生于1973年，2012年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京）油田氣開發(fā)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)教學(xué)與科研工作。地址：（644002）四川省宜賓市。電話：（0831）5980323。E—mail：38871010@qq.com。

收稿日期：2022—06—09

（本文編輯 劉鋒）