長慶油田計量監(jiān)測技術(shù)的研究與應(yīng)用

劉 祥，解肖華，劉家麟，付 兵，席 寧

（中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司第五采油廠 數(shù)字化與科技信息中心，西安 710016）

1 研究背景

隨著油田生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)對油田生命周期的延續(xù)至關(guān)重要。要做到動態(tài)配水合理配注，必須實時準確地記錄油井動液面、井口原油含水率、油井產(chǎn)液量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，探索油井的出油周期。目前，油田單井動液面、含水率、產(chǎn)液量分析工作主要采用人工測量的方法完成，人工檢測通常間隔幾天甚至更長時間，不能實時反映油井的生產(chǎn)狀態(tài)。另外，人工檢測操作過程復雜,數(shù)據(jù)分析費時費力。在油井分散、含硫化氫或惡劣的天氣情況下,人工檢測勞動強度及安全風險性大，傳統(tǒng)的人工檢測法無法進行在線精確測量，不能滿足智能油田發(fā)展需求。傳統(tǒng)的檢測設(shè)備由于測量結(jié)果不穩(wěn)定、價格過高等原因，一直沒有得到很好的推廣應(yīng)用。按照當前長慶油田數(shù)字化轉(zhuǎn)型智能化發(fā)展的迫切需求，急需完善計量監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)油井數(shù)據(jù)實時在線監(jiān)測、高效智能分析、降低現(xiàn)場勞動強度及生產(chǎn)安全風險。

2 長慶油田計量監(jiān)測技術(shù)的類型

針對采油作業(yè)區(qū)油井計量手段欠缺、管理難度大的問題，長慶油田創(chuàng)新計量技術(shù)，優(yōu)選計量設(shè)備，從動液面、含水率、產(chǎn)液量3 個方面開展研究與實驗，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集，確保數(shù)據(jù)準確可靠。

2.1 油井動液面監(jiān)測技術(shù)

長慶油田主要采用聲波接箍法和全程算聲速方法，在多類型液面中自動提取有效的動液面數(shù)據(jù)，達到可靠的精度要求。

2.2 井口原油含水率監(jiān)測技術(shù)

采用微波、射頻法相結(jié)合的技術(shù)對原油進行含水率檢測，創(chuàng)造合適的測量環(huán)境便于探頭正常工作，達到可靠的精度要求。

2.3 油井產(chǎn)液量監(jiān)測技術(shù)

采用溫差計量法，利用介質(zhì)流量與溫度差成反比的原理計算出單井的產(chǎn)液量，同時測量介質(zhì)溫度和管道壓力，并實現(xiàn)溫度、壓力、產(chǎn)液量數(shù)據(jù)的遠程傳輸。

3 長慶油田的主要技術(shù)成果

3.1 油井動液面監(jiān)測技術(shù)

利用油井套管環(huán)空伴生氣或壓縮氣體，通過可控聲爆產(chǎn)生特定頻譜的次聲波，聲波沿油套環(huán)空傳播，經(jīng)過接箍和液面產(chǎn)生反射回波，微音器將回波信號輸入嵌入式進階精簡指令集設(shè)備（Advanced RISC Machine，ARM）井口儀表，ARM進行頻域信號處理。或就地計算動液面值，或數(shù)據(jù)分包、加密、傳輸，采用通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS）外網(wǎng)或無線遠程終端單元（Remote Terminal Unit，RTU）內(nèi)網(wǎng)傳輸至后臺監(jiān)控服務(wù)器，實現(xiàn)油氣井動液面和套壓實時動態(tài)監(jiān)測。

現(xiàn)場安裝動液面監(jiān)控裝置12 套，數(shù)據(jù)回傳至數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系統(tǒng)，同步開發(fā)了數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，實現(xiàn)了動液面數(shù)據(jù)實時在線監(jiān)控、趨勢曲線查詢。將配套的Web 界面嵌入SCADA 系統(tǒng)，如圖1 所示。根據(jù)動液面在線監(jiān)測界面，可以實時查看動液面、沉沒度、套壓數(shù)據(jù)及變化曲線，對照任意動液面數(shù)據(jù)，查看對應(yīng)的原始液面、節(jié)箍波形圖，如圖2 所示。

圖1 井口測量數(shù)據(jù)展示界面

圖2 動液面、沉沒度曲線

為了檢驗動液面測量的精度，將儀表測量數(shù)據(jù)與人工測量數(shù)據(jù)進行比對，可以看出12 口井的動液面測量誤差最大不超過100 m，滿足應(yīng)用需求（見表1）。

表1 動液面數(shù)據(jù)比對表

3.2 原油含水率測量技術(shù)

以電磁波為探測手段，通過發(fā)射裝置，將恒幅、穩(wěn)頻的電磁波發(fā)射到含水原油中，根據(jù)油中含水量的差異，介質(zhì)吸收的波能量不同，探測裝置將因原油含水量差異而引起吸收電能不同的信號傳送到監(jiān)測器。經(jīng)處理、放大、線性校正后輸出，隨油中含水量而變化的標準電信號經(jīng)單片機處理，顯示油中的含水率。

現(xiàn)場安裝井口含水設(shè)備12 臺，數(shù)據(jù)回傳至SCADA 系統(tǒng)，配套開發(fā)了數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，實現(xiàn)了含水數(shù)據(jù)實時在線監(jiān)控、趨勢曲線查詢。根據(jù)含水率數(shù)據(jù)可以看出油井含水的變化趨勢，將其作為采油生產(chǎn)采取精細化注水措施的依據(jù)。為了檢驗含水率測量的精度，將儀表測量的數(shù)據(jù)與人工取樣化驗數(shù)據(jù)進行比對，12 口井的含水率測量誤差最大不超過5.1%，滿足采油生產(chǎn)工藝要求（見表2）。

表2 含水數(shù)據(jù)比對表

3.3 油井產(chǎn)液量計量技術(shù)

井口計產(chǎn)監(jiān)測技術(shù)采用溫差法計量產(chǎn)液量，流經(jīng)井口計量裝置的介質(zhì)在加熱功率的作用下溫度升高，檢測出裝置出入口的溫度差就能計算出介質(zhì)流量，該技術(shù)原理如圖3 所示。設(shè)計專用的熱交換器，使加熱體產(chǎn)生的熱量快速交換到液體介質(zhì)中，采用專用電路精確測量出入口的溫差，保證產(chǎn)液量計量具有較高的精確度。

圖3 油井產(chǎn)液量計量技術(shù)原理

現(xiàn)場安裝井口計產(chǎn)設(shè)備8 臺，數(shù)據(jù)回傳至SCADA 系統(tǒng)，配套開發(fā)了計產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，實現(xiàn)了計產(chǎn)數(shù)據(jù)實時在線監(jiān)測、趨勢曲線查詢。根據(jù)產(chǎn)液量瞬時曲線，可以看出油井在計量期內(nèi)的產(chǎn)液量變化趨勢。作業(yè)區(qū)現(xiàn)場安裝了8 套井口計產(chǎn)裝置，用車載計量系統(tǒng)進行比對測試。經(jīng)對比，8 套設(shè)備測量誤差均小于7.5%（見表3）。

表3 產(chǎn)液量數(shù)據(jù)比對表

3.4 智能計量監(jiān)測技術(shù)的集成應(yīng)用

計量監(jiān)測設(shè)備檢測到的動液面、含水率、產(chǎn)液量等數(shù)據(jù)采用Modbus-RTU 方式通過無線傳輸?shù)骄畧鯮TU，RTU 通過Modbus-TCP 傳輸?shù)奖O(jiān)控中心服務(wù)器，各終端就可以共享瀏覽計量數(shù)據(jù)，各自作出油井管理決策，數(shù)據(jù)傳輸模型如圖4 所示。

圖4 數(shù)據(jù)傳輸模型

為滿足現(xiàn)場多路數(shù)據(jù)傳輸要求，長慶油田將相應(yīng)井場常規(guī)RTU 升級為智能設(shè)備，實現(xiàn)了1 路RS485 端口多設(shè)備接入，數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定。長慶油田應(yīng)積極開展SCADA 系統(tǒng)監(jiān)控界面二次開發(fā)，推廣應(yīng)用智能RTU 管理系統(tǒng)。

4 長慶油田關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新點

（1）采用“微波+射頻”測量方法，其屬于一種最新的多相流測量技術(shù)，對全液流態(tài)、多相流態(tài)的含水量測量精度較高。

（2）創(chuàng)新設(shè)計了一種聲波接箍法，應(yīng)用全程算聲速和多類型液面的自動提取，實現(xiàn)了動液面的遠程在線監(jiān)測。

（3）應(yīng)用溫差計量法，通過油、氣、水三種介質(zhì)對熱量吸收程度的差異，計算出單井的產(chǎn)液量。

（4）井口測試裝置集成動液面算法，對本地存儲的數(shù)據(jù)進行分析，計算井下音速、動液面，將分析的結(jié)果存儲在本地并發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，降低數(shù)據(jù)處理的壓力。

（5）升級智能RTU，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳至SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)共享，達到直觀且實時在線計量單井產(chǎn)量的目的。

5 結(jié)語

長慶油田實現(xiàn)了油井含水、動液面、產(chǎn)量等的自動采集、分析，準確率達到預(yù)期，增加了監(jiān)測手段，降低了人工測試強度，技術(shù)分析決策更加及時高效。基于智能RTU 配套的間開控制功能，綜合分析動液面、含水率、產(chǎn)液量，結(jié)合泵掛，確定最佳沉沒度，為下一步制定最優(yōu)間開制度、實現(xiàn)智能間開、節(jié)能增效創(chuàng)造了條件。目前，含水、計產(chǎn)設(shè)備功能有重復，下一步將在保證數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定準確的前提下實施設(shè)備整合集成，降低成本，便于后期規(guī)模推廣應(yīng)用。動液面、含水率、產(chǎn)液量數(shù)據(jù)實時采集應(yīng)用，方便了油井測壓、措施效果跟蹤，為注水效果、油藏動態(tài)分析提供了實時數(shù)據(jù)支撐。