自動化控制系統在新疆阜康煤層氣排采中的應用

王琪

摘 要：在新疆阜康白楊河礦區煤層氣排采過程中，自動化控制系統體現了在現場應用的優勢，能整合現場數據，根據煤層氣井生產的不同階段實現對井底流壓的不同形式控制。結合無線網橋和現場的自動化控制柜與視頻攝像頭實現對煤層氣井排采的遠程全面掌握并實現井場的無人值守。論文詳細闡述該控制系統在此項目中的系統配置、控制關鍵點等。

關鍵詞：煤層氣井；自動化排采；井底流壓；套壓；無線網橋

中圖分類號：TE37 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0190-02

煤層氣排采即利用機械舉升設備將井筒內的水舉升到地面，逐步降低井底流壓。隨著井底流壓降低，逐漸形成壓降漏斗并逐步向外擴展，進而逐步降低煤層的儲層壓力，迫使吸附在煤基質孔隙內表面的煤層氣被解吸，然后通過基質孔隙的非達西滲流和擴散到天然裂隙，煤層氣再從裂隙中滲流到井筒，從而被采出。

1 項目簡介

新疆阜康白楊河礦區煤層氣開發利用先導性示范工程主要工作任務是在該區前期煤炭、煤層氣工作的基礎上，按照整體部署、分期實施、滾動開發的原則，在該區施工50口生產井、1組U型井，并進行包括集氣管網、集氣處理站以及相配套的土建工程、輸氣管網、動力系統和數據自動采集系統等工程建設，實現小規模化生產和利用，最終建成年產能3000萬立方米的新疆第一個煤層氣開發利用示范基地。

2 項目需求

新疆阜康白楊河礦區煤層氣開發利用先導性示范工程中，按照項目需求需要建立全套的煤層氣自動化排采控制系統，以求通過自動控制裝置對煤層氣排采實施精細化智能管控，實現煤層氣排采的連續、穩定、長期，獲得穩定高產并實現井場的無人值守并減少人工巡井的次數。具體功能包括：

2.1 排采智能管控

2.1.1 煤層氣井管控模式

可設置手動就地模式和遠程控制等管控模式。

2.1.2 排采制度

煤層氣自動化排采系統須在連續、緩慢、穩定。長期的原則下實現以下兩個重要目標：

井底流壓控制目標：煤層氣井可以按照設定的井底流壓目標自動調節沖次和產氣閥門開度進行過程管理，在設定的時間內自動實現目標井底流壓。

套壓控制目標：煤層氣井可以按照設定的目標套壓自動調節閥門，在設定時間內自動實現目標套壓。

2.1.3 報警及設備控制記錄

具備井底流壓、套壓、氣量、產水量、液面位置等煤層氣基本井排采參數的報警設置及提示功能；漏氣、卡泵、過流、抽油機停機等故障能做到自動報警；自動保存所有用戶的登錄信息及各種操作記錄，可查詢。

2.2 排采數據管理

2.2.1 采集數據

井底流壓、套壓、產氣量、產水量、液位、電機運行參數、管線生產參數、電參數、輔助系統參數等。

2.2.2 實時數據顯示及歷史數據查閱

井場控制面板能看見實時數據；中控室能做到井場實時數據顯示。數據查閱類型能做到支持各種時間段，包括：秒數據、分鐘數據、小時數據、天數據、月數據等。數據顯示方式能包括曲線及圖表類型例如：排采參數曲線，及數據成表，并可按照要求格式導出數據。

2.3 智能安防

主要包括高清井場狀況視頻實時監控、聲音嚇阻及遠程喊話、夜間井場燈光照明遠程控制。

3 排采自動控制系統具體實施方案

3.1 總體方案

排采自動控制系統由三部分組成：（1）井場排采控制系統，包括井場控制柜、井場儀表、地面通信系統；（2）服務器端應用平臺，包括服務器軟件、硬件、網絡環境配置、數據庫設計等；（3）排采中控應用平臺，包括基于PC的排采中控軟件、移動端軟件。

為實現煤層氣排水、采氣，需要有各類排水泵和排采管控設備組成的排采系統。影響排采效果的主要因素包括：非連續性的排采因素、井底流壓控制因素、排采強度因素等。煤層氣排采自動化控制系統應做到可實習連續平穩、逐級降低井底流壓，控制排采強度，達到最佳的排采效果。

為了達到最佳排采效果井場需使用大量自動化排采管控終端設備主要包括：煤層氣排采自動控制柜、永久式井下壓力計、變頻器、電子套壓表、電磁流量計、氣體流量自動調節閥、功圖測試儀、無線網橋、紅外高清攝像頭、燈光、音響等。

3.2 單井自動化控制解決方案

對于煤層氣井單井自動化排采，首先要做到的是將井場的各個儀器儀表讀數統一接入到井場的煤層氣排采自動控制系統RTU中即煤層氣排采自動控制柜中。

本項目采用的MPC-100-Z型煤層氣排采自動控制系統控制柜與現場測試儀器儀表采用RS485總線連接，可實現數據實時采集、雙向傳輸控制。工作時采集井場系統氣體瞬時流量、累積流量、系統壓力、瞬時排水量、累計排水量、井口套壓、電磁閥開度、井底流壓、井下溫度、抽油機示功圖、沖次、抽油機電參數等參數，數據打包通過無線設備網絡發送到終端用戶即中心控制室，同時可以接受終端用戶發送的指令來控制井場所有儀器。

中心控制室技術人員通過電腦上安裝的煤層氣排采智能控制軟件接受并查看由無線網橋傳輸系統傳輸回來的井場相關數據，從而根據排采實際情況及生產需求做出相關調整。

3.3 通信系統解決方案

為了保證煤層氣生產現場的各類采集數據及時上傳和各種控制指令的準確下達，監控視頻和語音通信的順暢傳輸，擁有一套穩定可靠、靈活方便的通信支撐系統顯得尤為重要，此次白楊河煤層氣無線網絡數據傳輸主要采用無線網橋技術作為手段，無線網橋采用的是5.8GHZ頻段進行傳輸，具有傳輸距離遠，帶寬搞等優點，能滿足白楊河礦區煤層氣排采自動控制系統的采集數據，控制命令及監控視頻的實施傳輸要求。

3.4 中控室布局方案

中心控制室建設包括硬件建設和軟件建設兩部分。

硬件建設：包括硬件設備的布局，管理服務器，磁盤陣列，工控逐級，操作臺的位置布局，以及現場的走線布置，以及基礎硬件系統的調試。

軟件建設：包括數據采集數據庫的安裝、雙備份軟件的安裝、以及煤層氣排采智能管理軟件的安裝與調試。

4 實際應用效果

煤層氣排采自動化控制系統自2014年12月開始在新疆阜康白楊河礦區煤層氣先導性示范工程中試運行，雖然在系統及設備運行的初期出現較多的問題與狀況，但經過我們與自動化工作人員多次對儀器儀表，控制系統功能、自動化控制軟件功能的不斷測試與多次驗收加上自動化系統維護人員的不懈努力與不斷完善，目前已經基本能滿足煤層氣排采自動化排采的需求。基本能做到穩定傳輸數據，實時反映井況信息，大幅減少了人工巡井的必要性，有效的節省了人力。在自動化控制系統的幫助下排采工作按照：連續、穩定、緩慢、長期的指導方針進行的有條不紊。智能報警系統與視頻監控系統則有效的幫助技術人員快速的發現井場出現的各類生產問題從而做出相應的安排使井場真正的做到了無人值守。

5 結語

與傳統的儀控系統相比，自動化控制系統在煤層氣排采的過程中充分的展現了它安全、精準、便捷、高效的優勢，首先從排采效果上看自動化控制系統能提供較為穩定的井底流壓和套壓控制效果保證了煤層氣排采工作的連續、平穩、長期，其次自動化控制系統能做到井下信息實時反饋，大幅減少了人工巡井的必要性，有效的節省了人力。智能報警系統與視頻監控系統則可以有效的幫助技術人員快速的發現井場出現的各類生產問題從而做出相應的安排使井場真正的做到了無人值守。但在也存在部分問題，首先設備的穩定性尚有待進一步提高，部分設備易老化且一旦出現問題對排采工作影響較大，這也是自動化系統維護人員面臨的主要問題，但綜合來看自動化控制系統依然是煤層氣排采工作的優先選擇。

參考文獻

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