井口智能防盜裝置的研制與試驗

楊永剛，王少亭，鄭玉倩，雷寧橋，劉建升

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750001）

智能油化工程

井口智能防盜裝置的研制與試驗

楊永剛，王少亭，鄭玉倩，雷寧橋，劉建升

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750001）

在油井生產過程中，由于井口的結構分散、防盜性能不強等原因，導致從井口的取樣閥門、壓力表接頭等位置偷盜原油的現象時有發生。為了提高采油井口的防盜性能，研制并試驗了刷卡式智能防盜裝置。該裝置是基于物聯網RFID技術研制，通過井口智能裝置與數字化平臺遠程控制的方法，實現對取樣、更換壓力表、連接工藝接頭等操作進行遠程控制。目前已安裝試驗3口井，現場應用效果良好，不僅操作簡單，防盜性能好，而且充分與數字化系統結合，提升了管理水平。

智能；三通球閥；遠程控制

常規的采油井口安裝有壓力表、取樣閥門、堵頭等設備，由于結構分散、防盜性能不強的缺點，不法分子從井口的取樣閥門、壓力表接頭處偷盜原油的現象時有發生。為了提高采油井口的防盜性能，采油三廠應用了采油井口集成裝置、壓力表防盜接頭等多種防盜裝置，一定程度上提高了井口的防盜水平，但也存在取樣操作費時、防盜裝置易被破解等問題。針對以上存在的問題，采油工藝研究所研制一種可利用數字化平臺遠程控制的智能防盜裝置，有效提高了井口防盜水平[1，2]。

1 智能防盜裝置的結構與原理

1.1 結構組成

刷卡式智能防盜裝置主要由三通球閥、電磁鐵及射頻電路系統、壓力表等部分組成，信號輸出線與井場RTU連接，可在站控平臺上通過軟件遠程控制井口的取樣、更換壓力表的操作。該裝置下面為法蘭連接，上面為DN50絲扣連接，安裝在采油樹的立管上（見圖1）。

圖1 智能防盜裝置結構

1.2 工作原理

（1）取樣開閥：在請求處刷卡，紅燈亮起，上位系統接收到請求開閥信息，核對人員身份無誤后，下發開閥指令，綠燈亮起，在開閥處刷卡，轉軸自動彈出，再用專用手柄逆時針扳動90°，閥打開。

（2）關閥：將手柄順時針扳動90°，閥關閉（切記旋轉到位），按下轉軸停留5 s，轉軸自動鎖住，同時上位接收到閥已關閉信號，上位下發關閥指令。

（3）更換壓力表：在刷卡開門處刷卡，上位接收到更換壓力表指令，待核對人員身份后，下發開門命令，壓力表處的門自動打開，更換壓力表。操作完成后將門關閉，門自動上鎖，上位接收到門已上鎖信號，下發關門指令。

1.3 技術特點

刷卡式智能防盜裝置具有以下技術特點：

（1）功能集成。將取樣、測油壓等功能集成，同時具備；取樣口為DN50接口，可與掃線、熱洗等工藝接頭相連。

（2）具有遠程監控和現場防盜的雙重作用。刷卡后必須經過數字化平臺遠程確認后，才能打開閥門取樣，如果刷卡后沒有站控平臺的確認，則無法打開閥門，達到遠程監控和現場防盜的雙重作用，可靠性較高。

（3）三通閥門的轉軸設計為隱藏式結構。當刷卡且數字化平臺遠程確認后轉軸自動彈出，完成取樣操作后，按下轉軸自動上鎖，具有較強的隱蔽性，有效的防止了暴力開閥和暴力破壞。

（4）壓力表防盜結構獨特。壓力表安裝在該裝置的內部，外部有鋼化玻璃防護罩，需要刷卡且遠程確認后，才能打開防護罩更換壓力表。

（5）裝置上面有指示燈，刷卡后有狀態顯示及站控反饋顯示，方便現場人員進行觀察和操作。

2 關鍵結構設計

2.1 三通球閥

利用三通球閥連接生產管線及取樣口，當球閥轉動90°時，生產管線及取樣口均連通，當球閥轉動180°時，取樣口連通，生產管線不通，此時為憋壓取樣。當球閥關閉時，只有生產管線連通，油井正常生產（見圖2，圖 3）。

圖2 三通閥的結構圖（球閥關閉狀態）

圖3 三通閥打開狀態（左：打開90°，右：打開180°）

2.2 電路設計

射頻刷卡電路主要由電機、電機驅動板、電機控制板、刷卡線圈、通訊接口、存儲器、狀態指示燈等組成。防盜裝置內電路輸出三種信號控制電機：脈沖信號主要控制電機運作，方向信號主要控制電機正反轉動，使能信號主要控制電機啟停。

防盜裝置外部電路輸出DO、DI（數字信號）接入到井口安控RTU上，上位軟件通過光纖、網橋等傳輸設備，連接到井口RTU，并向井口RTU下發控制指令，或讀取RTU信號狀態，判斷防盜裝置處于的開關或請求等狀態（見圖4）。

圖4 智能防盜裝置控制系統

2.3 遠程控制設計

2.3.1 遠程控制軟件 在站點的數字化平臺上編制控制軟件，具備遠程控制閥門開關、記錄操作時間與次數等功能。

2.3.2 遠程控制取樣 在請求處刷卡，待紅燈亮，請求成功；待監控處驗證身份確認無誤后，在開閥處刷卡，綠燈亮起，在刷卡區刷卡，轉軸自動彈出；用專用手柄逆時針轉軸90°，閥門打開；取樣完成后，順時針轉軸90°，用手按下轉軸，等待5 s，閥門自動鎖住，閥門關閉。

2.3.3 遠程控制更換壓力表 在取表處刷卡，燈亮；待上位同意取表后，用專用工具取下表蓋，更換壓力表；蓋上表蓋，將其旋轉至紅線對齊，表蓋自動上鎖。

3 現場應用及效果

3.1 現場應用

目前已在3口油井安裝試驗了刷卡式防盜取樣裝置。經過在A1井90多天的取樣試驗，取樣、觀察壓力等功能使用正常。通過現場刷卡和數字化遠程授權的雙向控制，實現了對取樣過程的全方位監控。

3.2 效果分析

經過現場應用后，刷卡式智能防盜裝置具有以下效果：

（1）提高取樣操作效率。利用該裝置取樣時間為3 min～5 min，操作簡單，比常規的取樣方式節約15分鐘/次，減輕員工勞動強度。

（2）提升井口防盜水平。實現了對取樣、更換壓力表操作的遠程監控，有效提升了井口防盜水平。

4 結論

（1）刷卡式智能防盜裝置通過數字化平臺對油井取樣、更換壓力表等操作進行遠程監控，有效提高了井口的防盜水平，同時解決了采油井口集成裝置取樣困難的問題。

（2）經過多次改進和試驗后，目前該裝置的結構和功能比較可靠，建議下步擴大試驗范圍，選擇5個井組全部安裝應用，提升防盜和現場管理的水平。

［1］陳立萍，趙中文，李貴芳.井口防盜裝置的研究及應用［J］.中國石油和化工標準與質量，2011，（7）：65.

［2］楊旭.油井井口防盜取樣裝置［J］.油氣田地面工程，2011，30（12）：94.

Development and test of intelligent anti-theft device for wellhead

YANG Yonggang，WANG Shaoting，ZHENG Yuqian，LEI Ningqiao，LIU Jiansheng
（Oil Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yinchuan Ningxia 750001，China）

In the oil production process,due to the structure of the wellhead dispersion,antitheft performance is not strong and other reasons,resulting from the wellhead sampling valve,pressure gauge joints and other positions to steal the phenomenon of crude oil has occurred.In order to improve the anti-theft performance of oil wellhead,we developed and tested the credit card intelligent anti-theft device.The device is based on the development of Internet of things RFID technology,through the wellhead swipe card and digital platform remote control method,to achieve the team sampling,replacement pressure gauges,connecting process joints and other operations for remote control.At present,there are three wells in the trial area of oilfield,and the field application is effective.It is not only simple in operation,good in anti-theft performance,but also fully integrated with digital system to improve the management level.

intelligent；three-way ball valve；remote control

TE938.2

A

1673-5285（2017）10-0103-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.10.027

2017－10-09

楊永剛，男（1984－），采油工程師，2007年畢業于中國石油大學（北京）石油工程專業，現在長慶油田第三采油廠采油工藝研究所工作，郵箱：yangyg_cq@petrochina.com.cn。