智能化采油作業區智能技術的探析

祖智慧

近幾年，油田在“完善生產物聯網，加快數字油田”方針的指導下，堅持業務驅動，加快推動了夢想云頂層設計“22162”藍圖落地。同時以勘探開發和生產運行為核心，著重推進了信息支撐環境、數據湖、物聯網、網絡安全體系等系統建設，有效提升了采油作業區井間站線智能化水平。基于此，進一步探究智能技術在智能化采油作業區的應用就具有非常重要的意義。

一、智能化采油作業區建設目標

根據采油廠現有軟件資源與硬件資源應用情況，整合采油廠當前采油作業信息管理系統，搭建一套面向采油作業整個生產過程的管理平臺，消除采油作業生產問題協調解決壁壘，提高采油作業時效性，滿足全生產過程高效率安全運作的要求。同時根據采油廠實際情況，利用物聯網技術，將現有智能技術集成，同步提高全作業生產過程管理系統功能性、針對性，達成基礎采油數據實時采集、更新目標，結合生產效果智能化考核、資源優化調度功能模塊的配置，進一步提高采油作業區生產效益。

二、智能化采油作業區建設可用智能技術

（一）電泵智能氣舉管柱

電泵智能氣舉管柱工藝是智能化電泵氣舉實現的保障，包括液流換向閥、電潛泵、智能氣舉閥幾個硬件設備。其中液流換向閥主要安裝在電潛泵端，在管柱上方則進行了智能氣舉閥、檢測設備的設置，通過這一管柱可以實時協調生產，平衡地層氣、注入氣，實現能量平衡模式的舉升開采。與此同時，智能氣舉閥可以根據特定環境流量、壓力、溫度等因子，開展進氣量的擬合式精準調控以及預先估測式標定，在無額外電力能源支持的情況下實時評測固定部件質量優劣。在這個基礎上，匹配多重可估測物理量，并根據匹配情況進行調節，保證井下泵體工況、延伸性參數無誤差，保證系統平穩化運轉。

以氣舉耦合舉升管柱為例，該管柱可以利用氣舉優勢，動態調控電潛泵能量損耗，順利采出井下液。同時利用生產滑套，進行油層、氣層的控制。比如，在地層壓力足夠時，自動打開油層裝置并閉合氣層生產滑套，此時產出氣可以經油套環空頂開智能氣舉閥，并局部進入油管內驅動產出液到地面；而在地層壓力不足時，傳感器可以收集、核算現有物理量，指揮電潛泵運作，補充不足壓力，為井液舉升開采提供支持。

（二）井下多參數監測

數據實時采集、傳輸是智能化采油作業區順利運作的前提，此時，就需要利用井下多參數監測工藝，經井下多參數監測設備連接潛油電泵機械端、傳輸端，進行復雜環境下多重井下情況全時間段相應可檢測物理量的持續采集、傳輸、處理。比如，機械振動、電機溫度、電機功率、入口壓力、出口壓力等。地面工作人員可以根據工作參數進行電潛泵采油工作頻次調整，輔助生產決策。

以潛油電泵井下監測儀為例，其主要包括測試杯（放置功能電路）、電力資源供應裝置、無線模塊、濾波裝置（變頻消壓器）、上下接頭、外筒幾個元件。其中測試杯主要運用了MCU微控制器以及配套軟構件，可以擬合多階段井下傳輸電流信號并將其轉換為數字量化數據；電力資源供應裝置可以直接與電潛泵動力端頭相連，配合經地面引入的三相星點等勢備用電源，可以在獲取信號的第一時間經電信號轉換運用電流環閉合回路，實現以三相鎧裝電纜金屬鎧皮為樞紐的數據交互，滿足部件最少情況下的多參數監測以及計算機精準分析；無線模塊則負責與潛液泵電機端三相繞組協同構成三相星點勢位，保障電纜斷裂后數據穩定傳輸；濾波裝置的設置可以有效消除源于電潛泵電力資源供應端口三相異步電機變頻運行階段產生的高次諧波、共模電壓；在井下電機底部安裝了細節上接頭，下接頭則需要與扶正器等附屬裝置連接。

三、智能化采油作業區智能技術的集成應用

（一）應用環境

根據智能化采油作業區建設運營需求，利用C#語言、ASP.net、Dreamweaver，在HTTP請求文檔時，進行后臺數據處理程序以及動態網頁編寫。同時在Oracle 11g數據庫上，進行數據庫管理平臺及相應數據表結構的構建。

（二）體系結構

智能化采油作業區選擇Browser/Server（瀏覽器/服務器）架構，包括數據庫、瀏覽器、服務器幾個層級，生產者僅需登錄計算機客戶端瀏覽器就可以運行軟件，并在各自權限內進行不同子模塊數據的修改、訪問、共享、維護。

為了從根本上解決采油廠各部門管理系統數據資源調度及共享不及時的問題，系統可以從提高生產過程時效性入手，以權限授予的形式，允許多部門系統之間開展信息共享。配合嵌入式智能優化算法，優化調度生產作業計劃并進行報表的自動匯總。

（三）模塊匹配

為了實現智能化采油作業區智能技術的有效應用，可以根據當前智能化采油作業區生產管理需求，進行若干個功能模塊的匹配。比如，面對采油作業全過程信息采集與監控需求，可以貫徹各部門工作透明、事前監督與事后追溯統籌的目的，集成作業區部門信息模塊，提高部門數據共享、資源調度效率。具體模塊涉及了物料管理模塊、作業準備與運行管理模塊、資源點信息管理模塊、車輛管理模塊等。其中物料管理模塊負責物料發放、物料匯總查詢、物料入庫、物料修復、物料回收、油管抽油桿設計單、單井施工用料單等信息管理。同時根據歷史同期數據、現實應用情況，自動判斷井場與物料庫存，自動匯總新物料申請、庫存數據、急用料計劃，結合生產作業計劃，預先鎖定所需物料到對應部門，實現基于采油作業緊急程度的資源智能化安排；作業準備與運行管理模塊則負責作業日報、作業井生命長度、作業調度、作業考核管理以及數據一次錄入多部門共用；資源點信息管理模塊主要負責污水點信息采集與查詢、熱水點信息采集與查詢、鹵水點信息采集與查詢，以及一定時間內資源利用率自動統計、作業質量間接監督，避免車輛空跑導致的職工人身風險；車輛管理模塊負責在車載錄像機支持下，進行車輛位置確定、警報發布、監督控制、事后剖析，并集成廠區現有GIS系統，實現車輛信息到廠區服務器的實時傳送，解決行駛階段存在的管理盲區。在這個基礎上，嵌入以智能遺傳算法、聚類分析為基礎的特車優化調度方法，進行作業車輛的最優調度。

再如，面對采油時效管理需求，可以從壓縮各工序銜接時等待時間入手，依托現有部門間日常運作機制，進行作業流程跟蹤體系規則的設置，將作業時效性評價、作業流程銜接、作業進度評價有機集成。其中作業流程銜接提醒主要面對部門之間，以類別劃分的形式，進行不同部門完成工作時間、返工情況對比，及時提醒下一個環節部門完成作業；作業時效性評價則是針對已經完成的作業，從單井作業流程追溯、作業效果評價、水井作業效果管理等方面，開展時效性匯總。并結合既定時效管理方案，開展分作業隊伍種類、分管理區作業量的效率評價，了解各作業隊伍、管理區采油工作中存在的問題，集中輸入采油井日生產數據統計數據庫內，為后續作業生產調度優化提供充足數據支持。在這個基礎上，將潛油電泵井下監測等多參數監測裝置與手持終端識別碼設備有機整合，面向油管入庫、使用、發放、回收、維修、報廢整個生命流程，進行數據采集、管理，落實采油作業區分年限、等壽命精細化管理方針。

四、結語

綜上所述，智能技術在智能化采油作業區的應用，可以推動生產診斷智能化、集輸管理自動化，在有效降低生產勞作強度的同時，及時發現不正常井，提高生產時率。當前可用于智能化采油作業區建設的智能技術主要有電泵智能氣舉管柱工藝、井下多參數監測工藝、物聯網以及其他相關工藝，廠區可以依托夢想云，持續推進智能技術的集成應用，加快建設智能中心，全力奔向智能化，提高采油作業效率。

作者單位：大慶油田有限責任公司第四采油廠信息中心