基于虛擬計量技術的單井計量系統設計

基于虛擬計量技術的單井計量系統設計

吳永鵬

(中海油能源發展股份有限公司 湛江采油服務文昌分公司,廣東 湛江 524057)

摘要：考慮到單井計量是油氣田開發生產中所起的監測油井的產液量、產油量和產氣量, 并通過產量的動態分析得知井下油藏地質變化情況和生產異常, 為生產決策提供準確的數據支持的作用，而且水下生產系統單井計量設備投資施工和維護費用高, 需綜合考慮各方因素選擇合適的計量方案, 盡可能降低成本，結合中國南海某氣田水下生產系統的具體情況, 介紹虛擬計量技術，通過預先建立好的軟件模型來對單井的油、氣、水產量進行計量。

關鍵詞：虛擬計量；單井計量；過程控制系統；油氣比；服務器

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2015.05.016

中圖分類號：U662；P751

文獻標志碼：A

文章編號：1671-7953(2015)05-0056-03

收稿日期：2015-07-30

作者簡介：第一吳永鵬(1983-)，男,碩士；工程師

Abstract:The role of single well measurement in the oil and gas development and production is to monitor the water, oil and gas production. The dynamic analysis of the production is helpful to find the underground reservoir geological changes and abnormal production, and to provide accurate support to make production decision. In the subsea production system, the equipment investment construction and maintenance cost of the single well metering is high, the appropriate measurement scheme should be chosen to reduce the cost. According to the specific conditions of the subsea production system of a gas field in the China south sea, the virtual measurement technology is introduced, which can measure the single well oil, gas and water production by the established models and software.

修回日期：2015-09-01

研究方向:海洋油氣田開發工程項目管理

E-mail:wyp114cnooc@163.com

隨著全球近年來對海洋資源的開發，我國也提出從淺海到深海的開發目標。特別是對300 m以下的海洋資源的開采， 這就要求有新的技術應用。以前油氣開發對單井的計量主要是多相流量計加生產測試管匯，通過操作管匯上的閥門來實現單井的計量[1]。隨著深水和邊際油氣田的開發，如果沿用以前的單井計量方法，這就會提高開采成本，不利于深水和邊際油氣田的開采。而虛擬計量系統可以滿足深水和邊際油氣田的開發，節省開發成本和維護費用。

1系統介紹

虛擬計量系統VMS(virtual metering system)是一個實時的基于OLGA模型的系統,可以在沒有生產測試管匯和多相流量計的前提下，通過流量估算提供每口生產井的氣體、凝析油和水產量。

虛擬計量技術主要應用于單井計量[2]，該套系統通過采集設備中原有的傳感器數據，不需要增加額外傳感器及信號傳輸線路，只需安裝1套軟件，即可實現計量的功能。與傳統的生產測試管匯加多相流量計技術相比，費用很低，維護操作簡單，只需定時對軟件參數進行更新就實現實時的運算。該技術特別適用于水下生產系統中的單井計量。單井虛擬計量技術主要利用井下及Choke 閥前后的溫度和壓力傳感器獲得的基本數據以及Choke 閥開度信號、套管的參數等，通過VMS軟件進行多相流模型計算分析，得到單井流量，實現單井油、氣、水三相計量，其計量精度取決于油氣比、含水率。對于干氣其計算精度在1%左右，隨著油氣比、含水率增加，其計算精度為5%～25%。同時根據總量計量結果和閥門開度，可以對單井計算結果進行修正。目前這一技術已在國外Omer Lang 等氣田應用，國內在崖城13-4氣田首次投入使用。

2系統結構

2.1系統基本功能

VMS構架的基本功能如下[3-5]。

1)VMS服務器要和過程控制系統之間進行數據通信。

2)實現OLGA模型之間的通信。

3)利用Web門戶網站實現VMS的畫面操作。

4)SQL服務器要實時進行相關數據處理。

5)資源管理器要將歷史數據趨勢保存數據庫中，便于查看歷史數據。

6)所有的OLGA模型都必須為VMS服務。

7)為了安全VMS必須設置管理者的權限。

8)VMS需要具備自動和手動輸入數據的功能。

9)VMS可以和DCS的數據互相通訊，VMS計算的數據只作為參考，不會引起生產流程的改變。

10)針對某個油氣田群，一旦模型建立后，校準的數據不能隨意改動，除非需要從新建立模型。

11)針對每口井除歷史數據外，還必須要有歷史趨勢圖，方便工程師對采集的數據進行分析。

12)界面中要清楚記錄油、氣、水的日產量和總產量。

13)圖像界面要簡單易于操作和維護。

14)界面中虛擬的傳感器編號要和真實的傳感器保持一致，便于維護人員識別。

2.2通信接口協議

虛擬計量系統和過程控制系統(DCS) 之間的通信是基于OPC DA(OPC Data Access)協議。VMS系統包括一個OPC服務器和一個OPC客戶端支持數據與DCS交換。除數據交換外，也可以對基于DCS上的數據查詢。

為確保數據的準確性，提供給VMS的數據必須來至于用戶的DCS的管理系統。生產現場的各種智能儀表信號先傳輸給DCS，DCS然后通過RS-485/232串口與VMS電腦進行通訊，來實現數據的實時通信。DCS必須具有OPC DA服務協議，這就要求OPC DA服務器是符合OPC基金會標準協議版或更高版本。

3功能設計

3.1VMS主要功能

OLGA在線虛擬流速計算通過動態在線OLGA和所有井的模型來估算每口井的流率,是基于每個模型估計的不確定性來更好的估計每口井的井流率。該系統為每口井可能誰的形成，油氣比和主要流速的轉化提供信息[4]。

3）青年教師信息技術應用能力培訓內容安排缺乏針對性，實用價值不大。主要原因在于：一是培訓方沒有事先對青年教師的需求進行調研，只是憑借培訓教師的個人經歷侃侃而談，大都是一些空洞無物、脫離實際的長篇大論；二是部分培訓教師缺乏責任意識，把培訓青年教師作為一項任務去完成，不會潛心對培訓內容進行精心準備。

此外,OLGA在線虛擬流速計算系統提供了一個指示系統健康狀態信息，如儀表故障和高估算的不確定性,并觸發警報校準的模型。該系統可以通過現場數據和每個井配產數據可以計算出總的產量。依據的數據是基于每日、每周或每月生產。

VMS包括以下主要功能。

1)計算每口井在管道中油、氣、水體積流速。

2)計算每口井油、氣、水總的質量流量和各自的質量流量。

3)通過趨勢圖可以得出每口井的油氣比和水氣比。

4)通過估算可以得出管線的段塞流，包括來自各分子管線的段塞流。

5)對輸入的數據可以進行過濾，濾掉因衰減變的異常的數據。

6)建立自我診斷功能，對偏離現場測量的數據進行校準。

7)模型中應該在井筒處具有壓力、溫度和三相流現場流速的剖面圖。

9)VMS系統應該具有記錄功能，可以記錄每口井日、周、月和年的歷史數據。

3.2VMS其他功能

VMS除了上述介紹的功能以外，還應該具備以下的功能，以確保系統的穩定運行。

1)不確定性計算。通過為每個模型估計流量計算的不確定性，根據模型處理估計方法的不確定性。如現場流量計量和總的流量計量之間估計的差異等。

2)儀表的故障。如果儀表是冗余的,用戶讀取平均。如果一個或多個故障,在計算平均值時就不包括有故障的數值。

3)現場數據讀取。VMS從現場DCS中讀取數據，通過邊界條件來適當的對數據進行處理，以滿足自身運算的要求。

4)連接監控功能。VMS要求讀取連續的現場數據，這是OPC的一個關鍵性的因素，連續監控功能就是對不連續的數據包丟棄，從新讀取新的數據。

5)精確度要求；手動數據錄入功能；校驗功能；覆蓋和擴展等功能。

4結束語

目前這一技術在世界上由少數公司掌握，對市場和技術都處于壟斷狀態。我國對該技術的掌握和應用幾乎處于起點，隨著我國對深海油氣田的開發，這一技術必將要實現國產化。該項技術是我國首次應用于海洋石油開采，希望高技術的引進可為今后深海油氣田開發單井計量提供借鑒。

參考文獻

[1] 張理.水下生產系統單井計量方案研究[C]. 2009年度海洋工程學術會議論文，2009.11.中國造船，2009:403-407.

[2]洪毅,畢曉星，多相流量計的研究及應用[J]中國海上油氣(工程),2003,15(4):16-20.

[3] SPT VFM Virtual Flow Meter[R].北京：中海油研究總院，2011.

[4] HALDIPURP,METCALFG. Virtual Metering Technology Field ExPerience ExamPles[C]∥2008 offshore Technology conference.5～8 May 2008.

[5]PICARTP,LLAVES.Virtual system provides reliable multiphase metering from Malampaya wells[J].oil&gas Journal,42～45 october 2004.

Design of Single Well Measurement System

Based on the Virtual Measurement Technology

WU Yong-peng

(OPSC Wenchang Branch, CNOOC Energy Technology & Services Ltd., Zhangjiang Guangdong 524057, China)

Key words: virtual measurement; single well measurement; process control system; oil and gas ratio; server