數字化油田油水井自動化系統的設計

柴義

（大慶油田工程有限公司，黑龍江 大慶 163000）

油田油水井自動化主要是指對油水井的生產、管理工作實現自動化，即利用自動化手段來對油水井進行計量、轉油等作業的控制和對設備的自動化監測與控制。而數字化油田油水井自動化系統的設計工作還存在著人員素養不高、設備管理落后、成本投入量與實際設計需求存在偏差等的問題，從而不利于油水井自動化系統設計工作的正常進行。本文主要針對數字化油田油水井自動化系統的內容、特點、意義及設計進行了具體分析，旨在促進油水井自動化系統作用的發揮，增強油田企業的綜合實力。

1 數字化油田油水井自動化系統概述

1.1 數字化油田油水井自動化系統的內容及特點

數字化油田油水井自動化系統主要包括以下兩個方面：一是SCADA 系統或DCS 系統，SCADA 系統是一種功能強大的計算機遠程監督控制與數據采集系統，它綜合利用了計算機技術、控制技術、通信與網絡技術，完成了對測控點分散的各種過程或設備的實時數據采集、本地或遠程的自動控制以及生產過程的全面實時監控，并為安全生產、調度、管理、優化和故障診斷提供必要和完整的數據及技術手段。DCS 系統稱為集散控制系統，其主要采用控制分散、操作和管理集中的基本設計思想和多層分級、合作自治的結構形式，主要特征是它的集中管理和分散控制；二是ESD 緊急關斷系統，這一系統主要起到了對油水井生產管理中存在的安全隱患、環境污染、人員生命安全等問題的防范、保護作用，能夠有效降低事故發生的概率，提高油水井生產管理工作的安全系數。而數字化油田油水井自動化系統具有網絡化、自動報警、音頻監控、風險預警等特點，能夠實現對油水井生產過程的遠程監控，且可以通過網絡信息化平臺對數據信息進行遠程維護，并對數據報表等資料進行自動化記錄、生成與上報，大大節省了工作時間，也為油水井的相關作業節省了很多時間和成本。

1.2 數字化油田油水井自動化系統設計的重大意義

第一，實時監控油水井生產過程并及時記錄相關參數，以保證油水井在生產過程中相關參數出現偏差時能夠得到及時反饋與解決，保證生產工作的順利開展，還能夠為該作業節省人力，有效減少了人工誤差發生的概率，提高了數據信息的準確性。且該系統也具備一定的故障自測與診斷能力，并能夠根據突發狀況開展應急處理工作。第二，能夠提高油水井生產的安全系數。如該系統能夠對風險隱患等進行預警，實現故障巡井，同時，系統的操作過程安全有序，運行管理經濟環保，促進了油水井生產工作的安全進行。第三，有效降低油水井生產的成本投入量。在數字化油田背景下，油水井的自動化管理能夠節省很多人力、物力，從而使得油田企業的成本投入量有所降低。

2 數字化油田油水井自動化系統的設計分析

2.1 自動化系統的結構和數據采集

數字化油田油水井自動化系統由多個RTU 或PLC 組成的現場測控單元類軟件及站控軟件系統，而采集信息工作及控制本地I/O 點是由一個獨立的RTU 子系統來進行的。對于整個自動化系統來說，能夠對整個現場的測評單元進行集中、統一控制的站控系統就是它的核心，這一系統主要起到了對整體自動化系統的參數進行科學合理的調整及提高油田油水井生產管理效率的作用，能夠促進油水井的順利生產。而油水井自動化系統中數據提供的方式主要包括實時生產的數據和非實時生產的數據，實時生產的數據主要是指該數據每時每刻都在更新與完善，其需要借助與數據采集相關的服務器對進口的控制器、配水間的數據、計量站等進行實時掃描，并在監測平臺上配置最新的數據，以便于檢測人員能夠實時了解油水井的生產情況。而非實時生產的數據主要是油井示功圖及其診斷以及計量結果等具有階段性特征的數據信息，如油井功圖診斷所得到的一組數據結果便會自動上傳。

2.2 油田油水井和計量站現場測控單元

對于數字化油田油水井的操控單元來說，抽油機井的井口部分的操控單元主要起到了對井口數據進行采集以及控制井口啟停的作用，所以，必須安裝于井口處。通信模塊單元主要起到了信息交流、數據采集、上傳井口數據信息的作用，其主要是通過無線電來實現對生產現場產生的數據信息的采集，之后便將相關數據信息上傳至通信模塊并連接交換機到達局域網，這一操控單元主要安裝于油水井的公共部分。而水井的進口安裝有具備水井油壓、套壓等參數采集功能的無限壓力變送器。

2.3 上位機站控系統

一是總貌圖。總貌圖主要起到了管理整個油水井分組生產的數據的作用，其可以顯示開停井的次數、會管壓力產生液體的量等的實時數據，也可以對事故進行預警、報警，以便于工作人員及時了解事故發生的位置，從而做出針對性的解決措施，以為油田企業避免很多損失。二是電子巡井。基于井場或管理站的分組，對電泵井、螺旋泵井、抽油機井進行管理，每一分組中油井的啟停狀態、油套壓等相關數據信息均可通過列表形式而顯示出來，并可以實現對每一分組的油井的全過程監控，同時，也可以顯示每一油井的單獨運行數據信息曲線。三是功圖數據瀏覽。其主要是指在某一段固定時間內對每個井的相關功圖數據進行瀏覽。四是計量監控。其主要顯示的是三通閥的位置狀態、油水井口的參水流量、會管的溫度壓力等，既可以對設備進行遠程自動化操控，實現其啟停功能，也能夠進行自動排序，給相關工作人員帶來了很多便利。

2.4 油水井自動化系統保護生產安全

數字化油水井的自動化系統有著完善的預警系統和防范系統，如當抽油機井的作業超負荷時，預警系統便會根據偏差進行預警，之后，防范系統便會作出針對性的解決措施，以便于抽油機的正常運作。同時，自動預警系統也配備于油水井的套壓和配水間之中，為了避免憋壓，對配水間系統的保護措施主要是通過監控單井流量及會管實時壓力，當流量和壓力出現偏差時，自動預警系統便會進行預警，相關工作人員收到信息后，需要對配水間的參數進行調控，以有效減少事故發生的概率。計量間的預警系統主要是對壓力參數、可燃氣體及設備參數等進行監控，當預警系統啟動時，計量間的保護系統便會自動顯示設備的安全防范狀態，以保障計量間自動化系統的安全、穩定運行。

2.5 能耗管理

隨著人們對環保的重視程度的不斷提高，油田行業也在朝著節能環保的方向發展，節能環保的生產技術、設備、材料等已被廣泛應用于油田生產過程中。而在數字化油田背景下，油水井自動化系統主要根據油田的生產條件來通過技術、管理等手段控制資源、能源的消耗，以減少企業的成本投入量，為該企業創造更多的綜合效益。第一，抽油機井示功圖可以通過自動化系統進行采集，隨后，相關工作人員需要對示功圖進行深入研究、分析，根據節能環保的基本要求選擇合適的技術措施。第二，運用智能運算并根據抽油機井的電流、示功圖等參數來獲取機體的能耗數據，工作人員便可以以此來確定設備是否需要進行維修處理，以保證設備能夠正常地運行下去。第三，抽油機基于功圖數據分析功能可以進行故障的診斷，一方面，對數據進行智能分析可以幫助故障檢測人員了解設備的實際運行狀況，以便于工作人員能夠根據實際情況來判定故障解決方案；另一方面，是可以強化設備與用戶之間的交流。

3 結語

數字化油田油水井自動化管理與生產不僅可以大大縮短作業時間，減少成本投入量，還能夠為工作人員提供便利，促進生產工作的安全有序進行。同時，數字化油田油水井的自動化管理也能夠保證數據信息的準確性和可靠性，而對于油水井的開采工作可以進行全過程監督，以不斷提高油水井的生產效率。且自動化系統能夠對設備故障進行自我診斷，預警機制和防范機制較為完善，能夠促進油井開采工作的穩定進行。