遠(yuǎn)程智能開關(guān)井應(yīng)用與分析

王小勇

中國石油長慶油田蘇里格南作業(yè)分公司（陜西 西安 710018）

隨著中國石油長慶油田蘇里格作業(yè)分公司（以下簡稱蘇南作業(yè)區(qū)）氣井持續(xù)生產(chǎn)，氣井逐漸出現(xiàn)積液情況，制定合理的開關(guān)井制度，最大程度地挖掘老井的潛能，成為氣井管理的一項(xiàng)重要工作[1-3]。在嚴(yán)格控制用工成本，生產(chǎn)氣井?dāng)?shù)量逐漸增多情況下，加快建設(shè)智能化氣田成為一種趨勢。對遠(yuǎn)程開關(guān)井設(shè)備在井口應(yīng)用進(jìn)行論述分析，依托生產(chǎn)現(xiàn)場穩(wěn)定高速的光纖網(wǎng)絡(luò)，利用遠(yuǎn)程智能開關(guān)井設(shè)備實(shí)現(xiàn)氣井的的生產(chǎn)管理。利用先進(jìn)技術(shù)來解決氣井管理問題[4]，做到隨時(shí)調(diào)整氣井生產(chǎn)制度，最大限度挖掘氣井潛能，減少人員用工成本。

1 應(yīng)用測試

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1.1.1 解決人工開井的工作量

2018 年冬季運(yùn)行期間，作業(yè)區(qū)共進(jìn)行161 口井499次間歇開關(guān)井工作，不但工作量大，增產(chǎn)效果由初期的日增產(chǎn)9×104m3減少至5×104m3左右。應(yīng)用遠(yuǎn)程智能開關(guān)井技術(shù)能有效解決人工開井的工作量。

1.1.2 有效解決氣井壓力恢復(fù)時(shí)機(jī)

目前蘇南作業(yè)二區(qū)205口氣井存在不同程度的積液現(xiàn)象，作業(yè)區(qū)目前的排水措施主要為間歇開關(guān)井和速度管柱，尤其是采取速度管柱的積液井的進(jìn)一步增產(chǎn)措施僅為間歇開關(guān)井[5]。根據(jù)氣井產(chǎn)量、壓力恢復(fù)速度，隨時(shí)調(diào)整氣井間歇開關(guān)井制度。

1.2 試驗(yàn)原則

1.2.1 選井原則

開展遠(yuǎn)程智能開關(guān)井設(shè)備安裝，選擇積液情況不太嚴(yán)重、累計(jì)產(chǎn)氣量超過500×104m3、執(zhí)行壓力恢復(fù)措施后超過10 MPa的氣井，氣井所在區(qū)域存在外協(xié)形勢較為嚴(yán)峻等問題。綜合考慮，經(jīng)過初步篩選，選擇A、B井開展遠(yuǎn)程智能開關(guān)井試驗(yàn)。

1.2.2 現(xiàn)場條件原則

蘇南地區(qū)井口數(shù)據(jù)通過穩(wěn)定高速的光纖傳輸至控制系統(tǒng)，井叢供電采取10 kV及風(fēng)光互補(bǔ)供電2種模式，現(xiàn)有的通信及電力條件為井口技術(shù)改造、智能設(shè)備安裝提供了有利的條件。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備選取

1.3.1 井口改造

將裝置安裝于針閥上，通過直流無刷電機(jī)驅(qū)動針閥轉(zhuǎn)動進(jìn)行開關(guān)井作業(yè)，配套智能生產(chǎn)控制器、角度傳感器，開度控制，開關(guān)井?dāng)?shù)據(jù)信號反饋，設(shè)定定壓開關(guān)井、定時(shí)開關(guān)井、常開常關(guān)井模式，從而提高生產(chǎn)效率，降低員工勞動強(qiáng)度，進(jìn)一步提高氣井生產(chǎn)管理自動化水平[6]。

1.3.2 通訊方式

蘇南地區(qū)井口信號傳輸采用Modbus RTU 通訊協(xié)議，采取R485通訊方式。遠(yuǎn)程智能開關(guān)井設(shè)備通訊方式應(yīng)滿足現(xiàn)場工況，設(shè)備控制、供電線路連接井口RTU柜，實(shí)現(xiàn)設(shè)備供電、數(shù)據(jù)傳輸及遠(yuǎn)程控制。

1.3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針閥控制裝置是一種自動控制設(shè)備，它是由智能控制器、壓力傳感器、角度傳感器、驅(qū)動電機(jī)、減速器和相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)等組成；它是配合針閥使用設(shè)計(jì)的專用設(shè)備，內(nèi)設(shè)多種控制模式，包括定時(shí)模式、壓力模式、開度模式、暫停模式和手動控制模式。此外，智能控制器具有兼容ModbusRTU 協(xié)議的RS485 通信接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。

1.3.4 設(shè)備工藝原理

將智能仿真開關(guān)裝置安裝于針閥上，壓力傳感器安裝于針閥上、下游，可實(shí)現(xiàn)針閥電動控制，提高生產(chǎn)效率，降低員工勞動強(qiáng)度，進(jìn)一步提高氣井生產(chǎn)管理自動化水平。智能仿真開關(guān)裝置主要由電動執(zhí)行裝置和壓力傳感器組成。電動執(zhí)行裝置可根據(jù)設(shè)定定時(shí)、定壓控制模式開關(guān)井生產(chǎn)制度，自動執(zhí)行開關(guān)井操作，可通過遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)針閥開、關(guān)控制，以及生產(chǎn)制度的設(shè)定。另外可以實(shí)現(xiàn)下游管線的超壓、低壓保護(hù)功能。

1.4 現(xiàn)場應(yīng)用

1.4.1 四川自貢遠(yuǎn)程人工智能開關(guān)井設(shè)備試驗(yàn)

1）現(xiàn)場手持終端試驗(yàn)階段。2017 年5 月13 日至5 月22 日，就該閥門現(xiàn)場手動強(qiáng)制開關(guān)、現(xiàn)場比例設(shè)置電動開井、現(xiàn)場電動關(guān)井及現(xiàn)場高壓差電動開井共計(jì)9井次的試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場自動開關(guān)井功能。

2）井口RTU 試驗(yàn)階段。2017 年5 月24 日至6月3 日，通過井口RTU 機(jī)柜，使用電腦遠(yuǎn)程控制，對該閥遠(yuǎn)程通訊及控制系統(tǒng)進(jìn)行了3次調(diào)試工作。

3）井叢RTU 試驗(yàn)階段。2017 年6 月3 日至6 月15日，通過井叢RTU機(jī)柜添加、調(diào)試程序，對該閥遠(yuǎn)程通訊及控制系統(tǒng)進(jìn)行了5 次調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了從井叢RTU到現(xiàn)場閥門的自動控制。

4）PKS站控試驗(yàn)階段。2017年6月15日至6月18 日，通過蘇里格南C2 集氣站PKS 站控系統(tǒng)連接點(diǎn)位、添加界面，于6 月18 日完成集氣站至井口的通訊及控制功能調(diào)試，并在20：40由C2集氣站員工在站控平臺完成A井壓恢開井作業(yè)。

2019年1月29日，在前期四川自貢遠(yuǎn)程開關(guān)井設(shè)備閥試驗(yàn)基礎(chǔ)上，解決了設(shè)備內(nèi)漏、無法完全關(guān)閉、無法執(zhí)行暫停指令、控制電流要求過高等問題，安裝XX智能開關(guān)井設(shè)備并進(jìn)行試驗(yàn)。該閥可實(shí)現(xiàn)完全關(guān)閉、輕松打開，更加滿足生產(chǎn)現(xiàn)場工況，前期試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)見表1。

1.4.2 試驗(yàn)效果

1）A井2013年11月9日投產(chǎn)，投產(chǎn)初期日產(chǎn)氣量2.728 4×104m3，2014 年7 月日產(chǎn)量降至0.217 7×104m3，氣井受積液影響間歇生產(chǎn)。2016年8月安裝速度管柱，措施后生產(chǎn)119 d，平均日產(chǎn)0.524 6×104m3，產(chǎn)量低于速度管柱臨界攜液流量，需要進(jìn)行間歇生產(chǎn)，由于速度管柱摩阻較大，間歇生產(chǎn)效果不理想，該階段平均日產(chǎn)僅0.170 8×104m3。

2019 年1 月29 日，安裝智能開關(guān)井設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)判斷試驗(yàn)井均為Ⅲ類井，目前生產(chǎn)制度為關(guān)24 h開8 h。措施后日產(chǎn)增至0.318 8×104m3，增產(chǎn)幅度達(dá)到86.6%，從初始試驗(yàn)至今，累計(jì)減少人工開關(guān)井26次。

2）B 井2013 年11 月19 日投產(chǎn)，投產(chǎn)初期日產(chǎn)氣量2.262 9×104m3，2013 年12 月30 日產(chǎn)量降至0.499 8×104m3，氣井受積液影響間歇生產(chǎn)。

2016年8月安裝速度管柱，措施后生產(chǎn)18 d，平均日產(chǎn)0.502 0×104m3，產(chǎn)量低于速度管柱臨界攜液流量，需要間歇生產(chǎn)，由于速度管柱摩阻較大，間歇生產(chǎn)效果不理想，該階段平均日產(chǎn)僅0.075 2×104m3。

表1 正常運(yùn)行時(shí)測試數(shù)據(jù)記錄

2019 年1 月29 日，安裝智能開關(guān)井設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)判斷試驗(yàn)井均為Ⅲ類井，目前生產(chǎn)制度為關(guān)15 h開5 h。措施后日產(chǎn)增至0.206 9×104m3，增產(chǎn)幅度達(dá)到175%，從初始試驗(yàn)至今，累計(jì)減少人工開關(guān)井19次。

1.5 經(jīng)濟(jì)性評價(jià)

遠(yuǎn)程開關(guān)井設(shè)備安裝過程中井口改造較小，設(shè)備拆除后可進(jìn)行循環(huán)利用。根據(jù)A、B 井生產(chǎn)情況分析，安裝遠(yuǎn)程智能開關(guān)井設(shè)備后，增產(chǎn)幅度分別到達(dá)86.6%、175%，按照設(shè)備每臺3 萬元計(jì)算，可在30 d 內(nèi)收回設(shè)備成本。同時(shí)，按照較少人工開關(guān)井井次計(jì)算，減少車輛行駛公里數(shù)，降低外協(xié)糾紛頻次，可節(jié)約各項(xiàng)費(fèi)用共計(jì)1.77萬元。

2 結(jié)束語

通過遠(yuǎn)程智能開關(guān)井應(yīng)用與分析，為后期該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了一定的基礎(chǔ)。將遠(yuǎn)程智能開關(guān)井充分應(yīng)用到氣井生產(chǎn)管理中去，實(shí)現(xiàn)了對氣井的產(chǎn)能挖潛，降低了人工成本，提高了氣井生產(chǎn)效率，氣井管理工作由過去的被動式變成主動管理。通過該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，不僅節(jié)約人力，而且會大大提高管理的效率。良好的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)簡單、高可靠性、低成本的特點(diǎn)使得遠(yuǎn)程開關(guān)井設(shè)備可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。