忠縣作業區智能泡排系統節能降耗適應性分析

吳倩穎（西南油氣田分公司重慶氣礦）

隨著老氣田進入開發后期，地層能量低，帶液困難，需要采取泡沫排水輔助生產[1-3]。目前，作業區成立了三個中心站，在中心站管理模式下，原有的泡排加注工藝需要員工現場兌藥加注，巡井車輛能耗大，原有的泡排管理模式已無法滿足節能降耗需求[4-8]。作業區現有生產井38 口，其中泡排井10口，日產氣12×104m3/d，日產水5 m3/d，占日產氣量30%，占日產水量13.2%。作業區現有泡排井的泡排加注工藝主要有兩種：泵注和固體投注，其中固體泡排投注井6 口，泵注井4 口。作業區年消耗量泡排劑16 t，全年消耗金額約20.8 萬元。固體泡排投注井采用人工操作投注，無水電消耗，泵注井需要配兌及泵入藥劑，需要消耗水電。作業區4 口泡排井2020 年平均每口井消耗電量5 124.5 kWh，平均每口井電費約3 586 元，共消耗20 498 kWh 電量，累計費用約1.434 4 萬元。

1 智能泡排加注工藝原理

1.1 工作原理

起泡劑配兌系統和消泡劑配兌系統的結構及工作原理相似但有很大的區別，起泡劑配兌系統的藥劑利用重力原理通過PLC 控制的電磁閥進入混合罐，消泡劑配兌系統的藥劑由PLC控制自吸泵抽入混合罐[9]。

起泡劑配兌系統工作過程：中心場站控制系統給PLC系統發出指令—PLC開啟進水電磁閥，開始進水—液位計計量到位—PLC 關斷進水電磁閥—PLC 開啟藥劑電磁閥—液位計計量到位—PLC 關斷藥劑電磁閥—PLC反饋給控制系統信號。

消泡劑配兌系統工作過程：中心場站控制系統給PLC系統發出指令—PLC開啟進水電磁閥，開始進水—液位計計量到位—PLC關斷進水電磁閥——PLC 啟動自吸泵—液位計計量到位—PLC 停止自吸泵—PLC 控制攪拌啟動（加注過程中攪拌定時啟停）—PLC反饋給控制系統信號（配兌結束）。

在遠程上位機參數設定界面中，輸入配兌啟動時間、水藥比例、配兌罐數等參數后，上位系統遠程下發指令給現場泡排智能化加注裝置，裝置內PLC控制器會自動計算出相應的目標高度，并控制加水和加藥電磁閥順序打開和關閉來進行自動配藥，當配液完成后泵會自動啟動進行藥劑加注，遠程上位機參數設定界面見圖1。

圖1 遠程上位機參數設定界面

1.2 實現功能

泡排智能化加注工藝實現了就地和遠程智能化加注控制的功能，實現了加注過程“智慧化”，明顯降低了員工勞動強度，減少車輛運行時間，自動實現裝置停泵[10]。同時該裝置內置有小功率攪拌機，可進行遠程設置攪拌機攪拌時間，有效降低了攪拌機無用時間。

2 現場應用

2.1 泡排智能化加注工藝結構

智能泡排裝置采用撬裝結構，主要由藥劑罐、混合罐、等組成，見圖2。進水管路與場站自來水管道連接，混合罐與加注系統采用法蘭連接。在上水管路和起泡藥劑輸入管路上，與電磁閥并行設置一旁通管路。藥劑罐與混合罐的廢液管匯集到一個排出口，起泡廢液排出口與消泡廢液排出口分開。起泡劑配兌裝置設置臺階，便于人工加入藥劑。

圖2 泡排智能化加注裝置現場

2.2 泡排智能化加注工藝適用范圍

由于此泡排智能化加注裝置藥劑出口設有止回閥，若遇高含硫氣井，僅需更換泵出口管線和止回閥為抗硫管線設備即可，加注設備是獨立系統，不受影響。與傳統人工兌藥加注相同，泡排智能化加注工藝只需調節加注泵排壓來適應氣井壓力，對于高產量井，需要加注大量泡排劑時，通過更換泵的排量和泵出口管徑便能保障正常生產。

綜上所述，凡是能夠進行液體泡排加注的氣井均能使用此泡排智能化加注裝置，所受邊界條件影響較小。

2.3 節能分析

2.3.1 降低了員工勞動強度，實現無紙化辦公

1）降低員工勞動強度。中心站操作人員通過中心站發送指令，在“上位機操作界面”輸入泡排比例及單日加注量等參數，點擊“啟動系統”，藥劑便自動進行配兌加注。對于泡排制度不變的生產井，裝置“周期性自動加注”功能使員工無需每天在上位機啟動系統，整個過程全自動化，操作界面簡單明了，方便每個員工進行操作。

2）實現無紙化辦公。操作界面數據實時更新，在值班室即可監控藥劑加注情況，值班人員能夠隨時讀取相關數據，無需去生產現場用紙質錄取數據，可以實現無紙化辦公，提高工作效率。

2.3.2 降低了成本及車輛運行能耗

由池4 井泡排智能化加注裝置現場試驗可知：在進行泡排智能化加注前，池4井全年巡井車量燃油費（巡井單程距離13 km）、車輛臺班費、車輛維護費、補助費約為1.695 1 萬元。泡排智能化加注后，巡井周期由原來的3天/次延長至1周/次，各項費用全年約為0.847 5 萬元，節約各項費用全年共計0.847 6 萬元，另一方面隨著車輛運行里程數的減少，也能降低車輛運行過程中的安全風險，效益對比見表1。

表1 池4井試驗前后效益分析對比

綜上所述，安裝泡排智能化加注裝置不但能夠有效降低車輛運行能耗，而且具有經濟效益。降低成本多少與中心站到單井里程數及巡檢次數有關，作業區具備泡排智能化加注氣井有4口，預計將全年節約車輛運行費用及人員補助3.39萬元。

2.3.3 精確水電消耗，減少人為因素資源浪費

人工加注時無法精確計量加注水量，人工運水容易造成水資源浪費，不及時關閉加注泵也會導致電力損耗，智能泡排系統能夠按照泡排制度要求精確控制用水量及加注泵運行時間，從而有效避免人工加注所帶來的資源浪費。同時智能泡排可以適應任意泡排制度的優化，減少不必要的加注時間。泡排智能化加注前后預計每年可節約電量6 227 kWh，預計每年可節約電費約4 358元，對比分析見表2。

表2 泡排智能化加注前后電力消耗分析對比

綜上所述，泡排智能化加注裝置生產現場應用說明，泡排智能化加注與員工現場兌藥加注相比，減少員工勞動強度，實現無紙化辦公；創造效益及降低車輛運行能耗；精確水電消耗，減少人為因素資源浪費。充分利用井站數字信息化建設，解決中心站模式下的節能降耗問題。

3 結論

泡排智能化加注裝置具有報警功能及安全連鎖功能，且泡排配兌加注的整個過程在裝置及管路里進行，基本不與外界接觸，不會出現泡排劑灑、漏現象，證明了該裝置的安全環保性高。

原有的泡排工藝需要員工現場兌藥加注，在中心井站管理模式的今天，巡井車輛運行成本高、現場兌藥加注耗時長、人力消耗大、水電浪費等問題日益突出。而泡排智能化加注技術已趨于成熟，能夠有效解決能源消耗問題。

由于部分井站采用的3G 網絡，受信號傳輸效果的影響，偶爾存在不能遠程自動加注的情況。建議對于個別距離遠、產量大、對泡排劑加注依耐性較大的氣井改用光纖通信。