油井生產自動化監控系統

張憲棟 山東服裝職業學院

油井生產自動化監控系統

張憲棟 山東服裝職業學院

油井監控系統通常由各種傳感器、控制閥、截止閥、RTU（遠程監控系統的終端設備）和MTU（監控設備數據采集系統）等終端設備以及相應的系統軟件組成。為了加快實現油田企業綜合自動化的進程，要求對油田的自噴井、氣舉井和油電泵等單元進行監控并完成數據的采集。油井RTU對通訊系統和油田SCADA系統傳輸來的數據進行處理，傳輸的實時數據由油井的MTU進行計算，再把所得數據根據需要進行綜合處理、存儲和報表打印等。MTU可以針對油田的實際生產情況進一步系統優化油井自動化監控系統，從而發送適合的指令調節油嘴的開度并提高油田產量。油井的工作環境一般都處于高濃度鹽、堿的液體中，因此要選擇具有耐高溫、防腐和防塵的油井監測裝置。

油井；自動化系統；監控；RTU；MTU

1 油井監控系統的特點與發展

油井監控系統是油田自動化系統的重要組成部分，也是油田自動控制領域的重要環節，油井監控水平直接影響整個自動化系統的監測水平。監控系統通常由各種傳感器、控制閥、截止閥、RTU（遠程監控系統的終端設備）和MTU（監控設備數據采集系統）等終端設備以及相應的系統軟件[1]組成。

早期的油井監控系統只配備了壓力表和溫度計等最基本的組件來監控油井壓力及各種數據，然后再將現場觀測到的壓力、溫度和流速等數據反饋給信息處理系統。隨著油田開采技術和SCADA（數據采集與監視控制系統）系統的出現，石油企業采用了各種各樣的傳感器和變送器，將壓力、溫度和閥位信號發送到RTU（遠程數據終端裝置），通過RTU對所測量的信號進行轉換處理，再將信息傳輸到通信系統的MTU監控終端設備上，通過所得的數據相應地調整生產模式。現代油井的監控方式大都是各不相同的，所測得的信號數量和類型也是各不相同的，通常是以電子信號和開關信號等模擬信號為主[2]，自動化程度較高的油田現場數據采集系統已經實現了智能變送，不但能夠遠程傳輸采集到的數據，還可以相應地進行判斷與調整，提高數據的精度和可靠性。

油田企業所開發的自動化控制系統能夠滿足油田生產管理的要求，這也是現代石油企業優化自動化系統的要求，增加了控制中心對油井遠程操控的能力。控制中心通過開關對油井進行遠程遙控并設定工作參數，具體包括控制油嘴的大小和氣體流量等，這些控制過程往往也是油田自動化監控系統的基礎，與油田系統的優化生產密切相關。

實現自動化監測系統搜集油井的各種數據更加準確而快速[3]，可遠程控制設備的生產情況，通過將自動化的監控系統與油田生產系統相結合的方式優化生產，應用自動化監控技術的油田企業可以節約資源，降低操作員的工作負荷，增加設備的使用壽命，減少油田開發各個階段的能耗。為了加快實現油田企業綜合自動化的進程，要求對油田的自噴井、氣舉井和油電泵等單元進行監控并完成數據的采集。

2 油井的自動化監控

2.1 自噴井的監控

自噴井所涉及到的數據通常是油壓、套壓、壓力和油溫等，通過電動裝置對可調噴嘴進行控制，由控制閥的位置變化完成噴嘴開度的調節并采集數據[4]。油井的噴嘴電動調節儀表具有處理圖形的功能，發射的信號屬于4～20MA的模擬信號，這些信號（如液壓數據、回流壓和噴嘴直徑等）被傳送到油井的RTU，再經油井測試系統分析就可為油井的生產提供參考數據。

油井RTU對通訊系統和油田SCADA系統傳輸來的數據進行處理，傳輸的實時數據由油井的MTU進行計算，再把所得數據根據需要進行綜合處理、存儲和報表打印等。MTU可以針對油田的實際生產情況進一步系統優化油田自動化監控系統，從而發送適合的指令調節油嘴的開度并提高油田產量。

2.2 氣舉井的監控

在油田開發的中期，大多數企業都會選擇氣舉井的開采模式。與常見的自噴井相比，氣舉井可以對注氣與舉氣進行控制，氣舉井的使用更加有利于油田的自動化監控。在氣舉井的套管部注入氣舉氣，并且測量氣舉氣的壓力、溫度和流量等技術參數，此外，還可以通過由RTU控制的電動調節閥來控制入口處氣體的流量，也可以使用氣動控制閥來調節流量。

氣舉井在工作過程中的所有信號均由RTU發射到DCS操作站或RTU，再由氣舉處理軟件進行優化計算[5]，通過指令來控制噴嘴的變化程度和氣舉氣控制閥的開度，從而優化了油田的自動化監控系統。對氣舉井氣體流量控制的主要目的是為了設定一個能夠保證油井運行的最佳值，這個最佳設定值可以通過氣體分析程序來確定，當氣舉氣的量不足時，自動控制系統關閉低產油井來保證足夠的氣源，從而實現油田產量最優化。

2.3 電潛泵油井的監控

電潛泵油井監控系統由變速驅動器和電潛泵RTU組成，主要作用是完成油井自動監測的工作。自動監控系統的變速驅動器控制電潛泵的工作，井下傳感器通過電纜與變速驅動器連接，由壓力傳感器測量井底壓力，再通過井底電潛泵的驅動器控制壓力并保持穩定。電潛泵油井的數據采集系統主要由RTU組成，采集的模擬信號控制電壓變化，交流驅動控制器對電路、直流電壓和直流電流進行控制。

2.4 抽油機井的監控

目前國內油田企業使用的抽油機井舉升方法通常是人工舉升，這種舉升方法有時會發生設備的抽油能力超過油層供給能力而造成泵真空的現象，這種情況下油田的生產效率會降低。為了滿足生產的要求，可以采用自動化系統對抽油機井進行遠程監測與診斷。抽油機井監測系統是由信號發射器、電機控制組和機井RTU組成。電機控制組通過自動監測網將電機運行數據（如電壓、電流、電源和運行狀態等）發送至抽油機井RTU進行處理，抽油機井通常可以安裝傳感器，用于監測瞬時最大溫度負荷。抽油機井RTU的主要作用是完成機井數據采集工作，它可以控制油桿和動力負荷開關位，操作員能夠根據具體情況暫停抽油機井的工作，到達允許的停泵時間間隔后重新啟動。在這個過程中，將抽油機井采集的數據通過通信系統傳送到MTU，操作員再根據具體工作情況調整油井的停泵區間值。

2.5 油井開關的監控

油井的遠程開關系統一般情況下有兩個安全閥，即地面安全閥和井下安全閥[6]。油井遠程監控系統的指令主要由ESD系統（緊急制動系統）和操作控制組成，指令通過通信系統送達給安全控制系統的RTU，然后再輸出信號控制安全閥的開關。油井安全開關的安全保護系統也不是完全獨立的，它和整個油田的緊急關閉系統密切相關，在總處理站的石油、天然氣和原油輸送管道系統出現故障的情況下，系統會發出信號來關閉全部或部分油井。

自動化系統的油井監控系統可以最大限度地提高油田的產量，減少油泵故障，降低維護成本，提高油泵的效率，以達到節能的目的，降低工作人員的勞動強度，延長設備的使用壽命。

3 結論

油田企業推廣自動化監測技術符合現代企業普及自動化系統的要求，在生產實踐中，要根據設備的要求選擇適合的監測方案和RTU系統。在考慮油田長期發展計劃中要特別注意油井開采的初始階段、中間和結束的每一個階段，各階段的開采設備選擇也是不同的，因此對油井監測自動化的要求也不同。油井的工作環境一般都處于高濃度鹽、堿的液體中，因此要選擇具有耐高溫、防腐和防塵的油井監測裝置。

油井監測系統在設計時應注意油井測試系統和油井監控軟件的兼容性，通過動態數據的模型選擇最有效的方法進行開發，根據產量的預測情況調整生產，從而更好地實現油田生產的自動化管理。

[1]朱文軍，韓小慶．井下中央泵房自動化監控系統的應用[J]．山東煤炭科技，2005（2）：17-18.

[2]馬海驕，李冬青．自動化監控系統創建油田生產管理新模式[J]．數字石油和化工，2008（6）：21-27.

[3]劉玉英，邢泉水，姜裕慶．水泵自動化監控系統的應用[J]．煤礦現代化，2008（4）：51-52.

[4]李富平．某油區無線視頻監控系統的設計[J]．油氣田地面工程，2013，32（8）：80.

[5]李冬青，馬海驕．創新發展自動化監控系統建立油田生產管理新模式[J]．石油科技論壇，2009（2）：50-52.

[6]李劍峰．濟三礦應用水泵自動化監控系統[J]．煤礦機械，2010（10）：105.

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.034