水源井管理系統的研發與設計

趙曉龍，于世春，李永清，邱亮

(中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院 低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710018)

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水源井管理系統的研發與設計

趙曉龍，于世春，李永清，邱亮

(中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院 低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710018)

稿件收到日期： 2015-03-16，修改稿收到日期： 2015-08-10。

注水是油田保持地層能量、維持高效經濟開發最有效的手段，是各大油田持續穩產所面臨的關鍵問題，而如何注水的前提是解決水源問題。長慶油區地處黃土高原，水資源短缺，水源井的開發及統一管理為油田注水工藝提供了可靠的水資源使用保障。目前水源井的供水量占注水工藝總水源量的90%左右，成為注水井水的主要來源。因此，如何管理現有的水源井成為有效開發及利用水資源的前提。

在油田數字化建設中，已建立了注水工況分析及管理系統，但水源井的統一管理系統尚未實現，沒有與注水系統建立關聯，廠級和作業區級的數字化管理仍為空白，數量眾多的水源井在使用中存在設備故障率高、實時數據統計滯后、管理分散等問題。筆者開發了水源井管理軟件，實現了對水源井的流量、產水量、出口壓力、井筒液面、三相電參數等必要生產參數的統一精細化管理與分析判斷。

1研發與設計

通過分析水源井日常管理需求及前端硬件設備，構建水源井管理系統數據模型，開發實時工況分析、指標統計、措施建議、遠程啟停等系統模塊功能，實現水源井工況的自動分析判斷，使故障、預警及早發現并處理，為水源井精細化管理提供保障。

1．1管理系統總體構架

水源井管理系統主要由管理軟件、數據庫和前端硬件設備三大部分構成，如圖1所示，其中管理軟件主要進行實時、靜態數據的匯總及分析判斷；數據庫具有采集前端數據與提供有效靜態數據源的功能；前端硬件作為系統的基礎，為軟件平臺提供瞬時流量、出口壓力、井筒液面、三相電參數等實時數據，從而進行分析判斷。

圖1　管理系統總體構架示意

1．2實時數據來源及流向

實時數據由前端各設備傳感器直接提供至各站控平臺匯總，經過各站控平臺傳輸Openplate數據庫，如圖2所示。管理系統通過數據對應從數據庫中讀取相應數據，并進行判斷與分析。數據流向體現了單井、站點、作業區的歸屬關系，并成為水源井二維地圖指示的依據。

圖2　實時數據流向示意

1．3管理軟件結構及功能

管理系統按照目前水源井管理層級、平臺分為公司、廠、作業區、班站四個級別，管理控件為系統后臺，模塊由指標統計、生產運行監控、故障監控、地圖導航、數據維護五部分組成，如圖3所示。各模塊功能如下：

圖3　管理軟件結構示意

1) 指標統計。分油田公司、廠、作業區進行水源井指標統計(利用率、覆蓋率、上線率等)。

2) 生產運行監控。單井的實時生產情況監控及實時數據上傳情況統計并形成曲線(控制單井啟停)。

3) 故障監控。通過7個實時數據點的監控完成網絡、站控、儀器故障預警統計與故障跟蹤。

4) 地圖導航。在電子地圖上顯示水源井位置、實時數據及生產情況。

5) 數據維護。水源井歸屬關系及基礎數據的維護、添加、刪除等管理。

2.3 生物多樣性降低及生態系統受損 三峽水庫運行以來，庫岸原有陸生植被難以適應水位消漲的惡劣環境，逐漸消亡或變異，生物多樣性降低，同時生態系統類型減少，結構脆弱、功能退化。

1．4數據采集頻率

對于管理系統，實時數據與靜態數據的采集至關重要，數據的優劣決定了后續統計、分析、判斷的質量，因而針對不同數據采用不同的采集頻率，有效地提高了資源利用率和數據的準確度。實時數據流量、壓力、水位、三相電參數等可達到1次/4 s的采集頻率，而靜態數據根據修井記錄的更新數據，更新采集頻率為1次/d。

1．5故障判定

針對實時數據、站點、網絡等的傳輸與采集情況，系統可判斷的主要故障有儀器儀表故障、潛水泵故障、各站點網絡故障等。儀器儀表故障可根據實時數據前后變化值具體判斷；潛水泵故障主要通過三相電參、水位等實時數據，判斷卡泵、空抽、過載、缺相、短路等工況；數據流向各級網絡的判斷主要由網絡判斷點決定是否故障。

1．6遠程啟停控制

水源井遠程啟停控制分為手動與自動啟停，手動啟停狀態可根據操作人員的需要對所管轄水源井進行相應的啟停控制，操作按鍵位于生產運行監控模塊的水源井單井信息界面中。自動啟停功能根據水位與泵深、三相電參數等實時數據的變化與關系，自動控制潛水泵的啟停。

2系統特點

水源井管理系統針對各采油單位水源井管理中存在的問題進行解決，以B/S架構、IE訪問形式，管理層級與功能模塊相融合，對管轄的水源井形成了統一精細化管理，并具有以下特點。

1) 系統管理模塊可按油田管理層級相融合的方式，使系統使用滿足統一、精細化管理的需求，有效減少資源的重復使用。

2) 可根據實時采集的水源井流量、壓力、水位等主要參數，實現對水源井工況的判斷及故障預警(設備儀表、網絡、站控系統)，并分析結果。

3) 實現水源井遠程啟停控制功能。

4) 軟件界面簡單，數據錄入管理、維護、報表的生成便于各級用戶管理使用。

3應用效果

水源井管理系統以油田數字化建設為基礎，充分利用油田網絡及水源井系統站及數控中心相關的基礎數據和實時生產數據，利用多信息融合及數據集成技術，實現水源井工況分析診斷、故障預警、指標統計及報表自動生成等功能，滿足了數字化管理模式下水源井的管理要求。自2013年11月在長慶油田12個采油單位上線運行，管理水源井2000余口，現場應用表明： 系統運行平穩，工況分析準確可靠，為水源井實時管理、科研決策提供了技術支撐，為油田穩產奠定基礎。

1) 水源井管理系統替代了原有站控簡單的水源井監控顯示，使水源井統一化管理，儀表維護及時，減少了潛水泵干抽、電機過熱燒毀繞組、電壓異常、缺相等故障的發生。

2) 提高了水源井數據實時準確性，實現了瞬時流量、累計流量、計量表頭數據等生產及設備運行參數的實時采集發布，降低了工人勞動強度，減少了高壓環境作業時間，保證了數據的準確率。

3) 提高了現場巡查調配的針對性，減少了巡井次數，降低了員工勞動強度及安全風險。

4) 提升了水源井管理效率，水源井數字化指標(上線率、覆蓋率)實現廠、作業區、站點三級在線統計，為水源井區塊管理考核提供了公平、透明的數據及有效的手段，進一步提升了水源井管理效率。

4結論

水源井管理系統的設計填補了水源井數字化管理的空白，對水源井實時數據進行了有效匯總、分析與判斷，實現了管理層級與系統模塊相融合的統一間隙化管理方式，節省人力及物質資源。

使用好該系統的關鍵有兩點： 前端設備及實時數據的采集，該數據是水源井工況分析及判斷的唯一依據，因而設備的維護與保養是系統正常運行的關鍵；實時數據及靜態數據能及時錄入實時數據庫(Openplate)與關系數據庫(Oracle)中，數據庫作為軟件平臺的數據源，需進行及時更新與備份。因此，水源井管理系統的使用是一種多方協作、多方維護、多人合作使用的管理模式，它將與功圖系統、注水井工況系統在油田油水井統計精細化管理上共同發揮作用。

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摘要：針對長慶油田水源井數量眾多、管理分散、管理成本過高等問題，進行了水源井管理系統的研發、設計與數字化改造。合理利用現有水源井數據資源及數字化成果，在開發水源井管理系統的基礎上，建立水源井管理系統數據模型，構架實時工況分析、指標統計、措施建議、遠程啟停等功能模塊。通過實時采集水源井的流量、壓力、水位、三相電參等生產參數與系統分析，實現水源井故障、預警的自動判斷，為油藏開發提供了基礎保障。

關鍵詞：水源井系統模塊界面功能

Development and Design of Water Source Well Management SystemZhao Xiaolong， Yu Shichun， Li Yongqing， Qiu Liang

(Oil & Gas Technology Research Institute CNPC & National Engineering Laboratory in

Exploration and Development of Ultra-low Permeability Reseach， Xi’an， 10018， China)

Abstracts： Focusing on numerous water source wells， decentralized management and too high management cost in Changqing Oilfield， water source well management system is developed， designed and digital reconstructed． Data model of water source management system is established， and functional modules of real-time operation mode analysis， indicator statistics， measures and suggestions， remote start and stop and others are constructed based on developing the system with rational utilization of existing water source well data and digital results． Automatic judgments of failure and early warning for water source wells are realized through real time acquiring production parameters of flow， pressure， water level and three phase electric parameter of water source well and system analysis． It provides basic safeguard for petroleum reservoir development．

Key words：water source well; system; module; interface function

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)05-0060-03

作者簡介：趙曉龍， 2002年畢業于昆明理工大學自動化專業，現就職于中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院數字化技術研究室，任工程師。