采油井場工況監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用

李婉君（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心計量檢定測試所）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用對智能化、數(shù)字化油田建設(shè)起到了良好的促進(jìn)作用。“聽數(shù)字指揮、讓數(shù)字說話”的數(shù)字化管理，有效降低生產(chǎn)成本，提高勞動效率[1]。“標(biāo)準(zhǔn)化與數(shù)字化”，造就了一套符合油田地下油氣開發(fā)和地面建設(shè)優(yōu)化簡化需求的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，統(tǒng)一油氣田開發(fā)工藝、流程布局，統(tǒng)一井組、井站設(shè)計規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，使油氣田建設(shè)按照“組裝”、“復(fù)制”的模式低成本擴(kuò)張，優(yōu)化了油水井生產(chǎn)系統(tǒng)，以此提高建設(shè)效率、生產(chǎn)運行效率，降低了油氣開發(fā)投資成本。為此，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出了以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)的采油井場工況監(jiān)控系統(tǒng)在油田生產(chǎn)現(xiàn)場的應(yīng)用，并按照生產(chǎn)流程設(shè)置勞動組織結(jié)構(gòu)，新模式實現(xiàn)了扁平化管理，取得了良好應(yīng)用效果。

1 系統(tǒng)組成

采油井場工況監(jiān)控系統(tǒng)主控系統(tǒng)（即油水井生產(chǎn)指揮系統(tǒng)）設(shè)置在采油管理區(qū)生產(chǎn)調(diào)度中心，該系統(tǒng)主要由智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)、自動配水和智能流量計量系統(tǒng)、示功圖油井自動計量系統(tǒng)、生產(chǎn)動態(tài)分析診斷系統(tǒng)、智能報警系統(tǒng)、應(yīng)急救援保障系統(tǒng)和電子巡井系統(tǒng)組成。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)：安裝在各計量站、中轉(zhuǎn)站、集油站等油井生產(chǎn)關(guān)鍵站點，各站點采集的實時視頻信號經(jīng)光纜傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)：通過油井控制柜采集油井電流、電壓、沖程、沖速、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電量、無功電量、動液面和示功圖等油井實時生產(chǎn)參數(shù)，采集后用無線信號傳輸給計量站的井站數(shù)據(jù)采集終端，每口油井的套壓、回壓和溫度信號經(jīng)無線壓力變送器和無線溫度變送器傳輸給計量站的井站數(shù)據(jù)采集終端（RTU），井站數(shù)據(jù)采集終端采集的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)光纜傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)。油井控制柜主要有普通油井控制柜和變頻節(jié)能控制柜兩種，每種油井控制柜都采用弱電系統(tǒng)和強電系統(tǒng)分離等標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范設(shè)計，油井實時生產(chǎn)參數(shù)的采集和控制信號的傳輸主要通過1 臺32 位PLC 來完成。

自動配水和智能流量計量系統(tǒng)：通過各配水站安裝智能流量計自動配水穩(wěn)水流量，并將采集到各注水井的流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)信號，經(jīng)配水站數(shù)據(jù)采集終端控制器將采集信號經(jīng)光纜傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)。當(dāng)需要調(diào)整各注水井注水流量時，主控系統(tǒng)發(fā)出配水流量調(diào)整指令，經(jīng)數(shù)據(jù)采集終端控制器將調(diào)整指令給控制閥門，從而達(dá)到自動配水的目的。

示功圖油井自動計量系統(tǒng)：對于正常生產(chǎn)的油井，根據(jù)每天油井示功圖和泵的理論排量，計算出油井產(chǎn)液，通過輸入油井的含水率和原油密度，就可以獲得每口油井的產(chǎn)量。對于生產(chǎn)不正常的油井，進(jìn)行人工量油后對自動計量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

生產(chǎn)動態(tài)分析診斷系統(tǒng)：根據(jù)油井示功圖進(jìn)行在線分析，根據(jù)功圖情況判斷油井生產(chǎn)狀況是否正常。對連噴帶抽、碰泵、上下閥漏失、活塞遇卡、抽油桿斷脫、活塞脫出工作筒、機械性跳動、載荷傳感器漂移、載荷傳感器損壞、位移傳感器損壞或不同步等不同故障問題進(jìn)行綜合分析診斷。

智能報警系統(tǒng)：它包括油井管道原油泄漏報警、油井停機故障報警和非工作人員闖入生產(chǎn)監(jiān)控區(qū)域報警。油井管道原油泄漏報警經(jīng)現(xiàn)場管道壓力檢測發(fā)現(xiàn)異常變化，由主控系統(tǒng)發(fā)出油井管道原油泄漏報警信號，通過及時通知采油維護(hù)站相關(guān)人員迅速進(jìn)行現(xiàn)場處理。油井停機故障報警由油井控制柜發(fā)出故障報警信號，經(jīng)主控系統(tǒng)及時通知采油維護(hù)站相關(guān)人員迅速進(jìn)行現(xiàn)場處理。當(dāng)非工作人員闖入生產(chǎn)監(jiān)控區(qū)域時，經(jīng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)將現(xiàn)場信號實時傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)報警，并對擅自闖入生產(chǎn)監(jiān)控區(qū)域的人員現(xiàn)場喊話，警告其已進(jìn)入生產(chǎn)危險區(qū)域，讓其迅速離開。當(dāng)現(xiàn)場喊話不能阻止擅自闖入生產(chǎn)監(jiān)控區(qū)域的人員離開時，及時通知采油維護(hù)站相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場處理。

應(yīng)急救援保障系統(tǒng)：根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)風(fēng)險評價和相關(guān)應(yīng)急處置預(yù)案（應(yīng)急資源和應(yīng)急物資配置、應(yīng)急救援人員和通訊聯(lián)系方式、應(yīng)急救援保障指揮中心等情況），一旦發(fā)生生產(chǎn)事故，及時啟動應(yīng)急救援保障系統(tǒng)，確保以最快的速度到達(dá)事故現(xiàn)場。井場事故應(yīng)急救援主要有井站硫化氫中毒事故應(yīng)急救援、油井原油管道泄漏事故應(yīng)急救援、油井作業(yè)現(xiàn)場井噴事故應(yīng)急救援、油井作業(yè)現(xiàn)場高空墜物傷人事故應(yīng)急救援、井站火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急救援和采油井場觸電事故應(yīng)急救援等。

電子巡井系統(tǒng)：可以采取自動電子定時巡井方式，也可以手動電子巡井方式，對采油井場工況和油水井生產(chǎn)實時運行情況進(jìn)行巡回檢查，及時掌握各油水井生產(chǎn)狀況，發(fā)現(xiàn)問題及時作出現(xiàn)場處理。可以有效解決油井現(xiàn)場特別是夜間無人值守問題，真正實現(xiàn)采油井場工況遠(yuǎn)距離監(jiān)控。

2 系統(tǒng)功能與特點

2.1 功能

1）實時刷新顯示油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過油水井生產(chǎn)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，實時收集至數(shù)據(jù)庫，并統(tǒng)一歸檔處理。可通過油田局域網(wǎng)客戶端對當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查閱觀察處理。

2）準(zhǔn)確實時的油井工況診斷。可以依據(jù)采集的各類進(jìn)行組合判斷，對油井常見異常問題進(jìn)行專業(yè)診斷，提供準(zhǔn)確的油井狀態(tài)報告信息，如通過診斷提供抽油桿斷脫、三相不平衡、皮帶斷落等油井專業(yè)會診信息。

3）便于報表輸出。可提供專業(yè)的輸出報表，同時可以打印。

4）專業(yè)圖形繪制。可以繪制示功圖、電流圖、電功率圖三種專業(yè)分析圖形，并提供多個圖形的疊加分析，還可調(diào)用、存儲、管理和打印圖形數(shù)據(jù)。

5）全過程生產(chǎn)監(jiān)控和分析預(yù)警。應(yīng)用生產(chǎn)指揮系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行QHSE 動態(tài)實時監(jiān)控，杜絕違章操作，提升標(biāo)準(zhǔn)化管理水平。

6）全方位優(yōu)化調(diào)整。根據(jù)油水井生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，經(jīng)計算分析，提出優(yōu)化生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)整體優(yōu)化，提升系統(tǒng)運行效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.2 特點

1）系統(tǒng)完全由一套針對油井測量設(shè)計的軟件和硬件組成，可以實現(xiàn)全部油井狀態(tài)的精確測量和控制。硬件和軟件即裝即用，真正快速實現(xiàn)對油井狀態(tài)的監(jiān)控。

2）針對各種不同類型油井，統(tǒng)一提供全套規(guī)一化的油井參數(shù)，數(shù)據(jù)庫支持模塊化的擴(kuò)展。在客戶端即可方便添加油井測量點，實現(xiàn)油井添加及系統(tǒng)擴(kuò)容。

3）該系統(tǒng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)函蓋完備的沖程、沖速、回壓、套壓、溫度等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，電流、電壓、電功率、功率因素、有功電量、無功電量等全套的電能數(shù)據(jù)，井站現(xiàn)場視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)。針對實時測量出的油井測試數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以提供電流平衡度、功率平衡度、地面效率等計算數(shù)據(jù)。

4）該系統(tǒng)針對20 余種各類型油井異常狀態(tài)，提供豐富精細(xì)的專業(yè)診斷和分析。對油井工作中常見的停電、停機、曲柄銷脫離、回壓異常、缺相及電流異常、油井抽空、抽油桿斷脫、三相電流不平衡、皮帶斷落等均能一一提供診斷，并及時提供專業(yè)的報警信息，最大限度地幫助油井維護(hù)人員分析油井出現(xiàn)的異常情況。

5）能提供標(biāo)準(zhǔn)的智能設(shè)備接口，可以擴(kuò)接巡檢卡讀卡器等設(shè)備，使系統(tǒng)方便與油田人工巡井結(jié)合。同時，還提供現(xiàn)場調(diào)試的工具軟件，用筆記本電腦可以檢查系統(tǒng)硬件的運行情況并進(jìn)行現(xiàn)場的參數(shù)設(shè)置。

6）為防止采油廠突發(fā)性停電等異常情況，該系統(tǒng)可以另外配接備用電池模塊，可以將停電時以及停電后半小時內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送至主監(jiān)控站。備用電池模塊的使用情況可以通過軟件完全監(jiān)控。

7）基于C/S 模式的高速客戶端/服務(wù)器端訪問系統(tǒng)服務(wù)器支持油田局域網(wǎng)多個客戶同時訪問。基于數(shù)據(jù)庫的訪問模式，為每個參與監(jiān)測的客戶提供了本機應(yīng)用的高速服務(wù)。針對安裝有系統(tǒng)客戶端的客戶，只需點擊系統(tǒng)圖標(biāo)，一鍵即可進(jìn)入全套應(yīng)用界面。如果筆記本電腦配有可接入油田局域網(wǎng)的無線上網(wǎng)卡，那么在任何地方都可以通過系統(tǒng)客戶端監(jiān)測全部油水井工作情況。

8）只需為每個油井監(jiān)測點的RTU 硬件設(shè)備配備一張具有接入油田局域網(wǎng)功能的GPRS SIM 卡，再通過系統(tǒng)所配備的工具軟件為RTU 硬件設(shè)置好服務(wù)器所在油田局域網(wǎng)的IP 地址。硬件系統(tǒng)安裝施工結(jié)束后，系統(tǒng)通電即可正常工作。安裝在服務(wù)器上系統(tǒng)服務(wù)器端軟件將自動完成全部硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)收集和調(diào)度任務(wù)，由于系統(tǒng)出廠前已經(jīng)有一套經(jīng)典的工作參數(shù)，客戶只需直接應(yīng)用系統(tǒng)而無需更多的調(diào)試。

9）由于采用無線對局域網(wǎng)固定的IP 方式，系統(tǒng)可以充分利用GPRS 的帶寬，為中心服務(wù)器帶來穩(wěn)定性的同時，還避免了無線接收的雙向收費問題。針對全套系統(tǒng)的各個流程和每一個工作單元環(huán)節(jié)，系統(tǒng)均提供一整套相對獨立的保障參數(shù)。任何單元發(fā)生異常，均具備獨立的重啟機制和數(shù)據(jù)保護(hù)機制，不會對系統(tǒng)整體穩(wěn)定性產(chǎn)生任何影響。

10）系統(tǒng)的核心硬件采用高集成度的核心模塊，基于數(shù)據(jù)采集、存儲、GPRS 傳輸三位一體的設(shè)計，既提升了RTU 硬件工作流程的穩(wěn)定性，也最大程度地減少了設(shè)備的體積。室外型防水監(jiān)控箱為整個硬件設(shè)備的長期可靠運行提供了保證。全套硬件設(shè)備出廠前均經(jīng)過-20～70 ℃的老化測試，令每一個終端用客戶都可以放心使用。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

2014年，按照油田智能化和數(shù)字化油田示范區(qū)建設(shè)要求，將某作業(yè)區(qū)更改為采油管理三區(qū)，將原采油隊改為采油管理站，每個采油管理站下設(shè)注采、維修、資料及化驗、后勤保障4 個分站。采油廠通過完善采油管理三區(qū)組織框架，按照“三室一中心”組建了管理區(qū)機關(guān)，在原有采油隊基礎(chǔ)上，縮減了一個管理層級，組建了注采站、維修站和資料化驗站三類專業(yè)化管理站。將系統(tǒng)主控站設(shè)在采油管理三區(qū)生產(chǎn)調(diào)度指揮中心，網(wǎng)絡(luò)光纖通訊線纜架設(shè)到各井站，各油井?dāng)?shù)據(jù)采集信號通過無線方式傳輸?shù)礁骶緮?shù)據(jù)采集終端，井站數(shù)據(jù)采集終端將現(xiàn)場實時采集到的所有數(shù)字信息通過網(wǎng)絡(luò)光纖通訊線纜傳輸?shù)缴a(chǎn)調(diào)度指揮中心的主控站，并實現(xiàn)主控站控制執(zhí)行指令對各井站信息的雙向?qū)崟r傳輸，實現(xiàn)采油井場生產(chǎn)過程全程監(jiān)控、全程分析預(yù)警、全方位優(yōu)化調(diào)整、全方位指揮管控的功能。該系統(tǒng)還可以與油田局域網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)結(jié)，對授權(quán)用戶可以實現(xiàn)采油井場工況現(xiàn)象的遠(yuǎn)距離監(jiān)控和生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離讀取。

4 實施效果

節(jié)能降耗效果明顯。通過強化數(shù)據(jù)分析，完善油水井日常單井工況分析規(guī)范，開展示功圖量油對比、示功圖分析、溫度變化分析、電量分析、躺井預(yù)警，確保油井在最優(yōu)合理工況區(qū)生產(chǎn)，平均沖速下降了1.3 min-1，平均泵效增加10.2%，日耗電量減少2139 kWh，累計節(jié)電69.3×104kWh。強化油井生產(chǎn)監(jiān)控。應(yīng)用電子巡檢系統(tǒng)，及時掌握油井生產(chǎn)動態(tài)，縮短了躺井和管線穿孔的發(fā)現(xiàn)時間，油井時率達(dá)到97.99%，與系統(tǒng)應(yīng)用前相比上升5.55%。加強水井治理。水井安裝恒流量注水撬塊后，實現(xiàn)了傳統(tǒng)手工調(diào)水向自動調(diào)水的轉(zhuǎn)變，水井的工況得到了改善，層段合格率由77.9%上升到86%。加強生產(chǎn)監(jiān)控。應(yīng)用生產(chǎn)指揮系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行QHSE 動態(tài)實時監(jiān)控，杜絕違章操作，提升了標(biāo)準(zhǔn)化管理水平。

5 結(jié)語

實踐證明，采油井場工況監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，智能化、自動化和數(shù)字化程度高，它的應(yīng)用不僅實現(xiàn)了油田基層管理模式的創(chuàng)新，而且充分發(fā)揮信息化設(shè)備生產(chǎn)過程全程監(jiān)控、全程分析預(yù)警、全方位優(yōu)化調(diào)整、全方位指揮管控的功能，實現(xiàn)了工作效率和工作質(zhì)量的提升，系統(tǒng)整體節(jié)能降耗和降本增效效果明顯，具有良好的推廣應(yīng)用價值。

[1]朱益飛.物聯(lián)網(wǎng):未來重要的信息技術(shù)［J］.賽爾電氣應(yīng)用,2012,10(12):112-114.