長慶油田頁巖油中心站智能化管控技術研究與應用

霍富永 王晗 朱國承 朱源 龐永莉 王斐

長慶工程設計有限公司

鄂爾多斯盆地長7 頁巖油資源量豐富、儲量規模大，是長慶油田二次加快發展新征程中重要的戰略接替[1-5]。近兩年來，長7 頁巖油效益開發模式基本形成，百萬噸級頁巖油示范區初具規模，形成了以嶺二聯、悅聯站、西十轉為骨架站，以悅聯站、南集站為總外輸出口的較為完善的地面集輸系統。長慶油田信息化建設始于20 世紀90 年代，伴隨油田開發業務需求不斷增長和計算機技術的發展，經歷了從無到有、從小到大、從分散到集中、從獨立到集成的轉變，取得了顯著成績[6-7]。長慶油田頁巖油地面數字化建設若按照常規建設方式站場用工需求量大，因此頁巖油地面智能化控制系統的開發及應用亟待解決[8-10]，需通過持續技術創新、管理創新，以減員增效為目的，實現頁巖油效益開發。

1 開發特點

長慶油田頁巖油主要以長7 層開發為主，為實現工廠化作業，水平井采用大井組開發，初期采用水平井體積壓裂開發，后期地層壓力下降采用補充能量的開發方式。主要特點包括以下幾方面：①初期地層壓力高；②單井液量波動大，放噴階段日產液為正常生產階段的幾倍；③井場液量大，大井組井數多，且液量大于超低滲透油田井場液量，遠大于常規井場液量；④伴生氣資源豐富，初期氣油比高。

2 總體思路

結合頁巖油全生命周期開發方式（圖1），以水平井大井組為平臺，針對大井組、高氣油比，開發了油氣水綜合利用、全系統資源共享、多功能高效集成、地面系統智能化的頁巖油地面建設模式，創建了頁巖油開發地面建設示范區。

圖1 頁巖油全生命周期開發過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the whole life cycle development process of shale oil

頁巖油地面系統智能化建設以構建頁巖油勞動組織管理新架構為目標，以智能控制、橇裝集成、循環利用為核心技術，推行中心站與作業區合建管理模式，實現頁巖油示范區增儲上產、降本增效和安全、環保、綠色生產。在常規油田現有數字化技術基礎上，結合頁巖油布站模式（井口—增壓裝置—接轉站—聯合站），通過優化站內工藝流程，提高站場儀表自控水平，創建“平臺+中心站”的地面智能管控建設模式，實現井站的有人巡護、無人值守、集中管理、運行遠程監控、事故緊急關斷、故障人工排除的智能化管控模式，有效減少現場操作次數，降低安全風險，減少操作人員，降低運行成本，提高井站的管理水平。

3 智能平臺技術

結合頁巖油單井投產特點，采用連續油管、井下開關、寬幅電泵為主的高效排采工藝技術，實現快速投產和一體化排采，滿足了初期高液量、高氣液比、井筒防磨的需求，壓后投產時間大幅下降。通過實時監測井底溫度和壓力，保障了井組間能量、液量、含水等系統平衡，最大化發揮水平井井組生產能力，最終實現了動態平衡采油。智能化高效排采控制技術示意圖如圖2 所示。單井三相計量流程如圖3 所示。頁巖油單井采油由抽油機舉升轉變為無桿舉升，計量方式隨之發生變化，采用單井三相計量技術替代功圖計量，準確計量油、氣、水產量，為開發政策制定、調整提供依據。

圖2 智能化高效排采控制技術示意圖Fig.2 Schematic diagram of intelligent and efficient drainage control technology

圖3 單井三相計量流程示意圖Fig.3 Schematic diagram of single well three-phase metering process

4 站場無人值守技術

通過對頁巖油各類站場（聯合站、脫水站、接轉站、增壓裝置、返排液處理站）正常生產流程、事故流程、風險作業、視頻監控等進行分析，最終形成以下幾項無人值守技術：

（1）正常生產流程無人操作、遠程監控技術（圖4），主要包括加藥裝置液位連續監測、遠程啟停；收球裝置超壓報警、溫度控制；緩沖罐連續液位監測與泵連鎖液位超限停泵；外輸泵遠程變頻調節流量，兩臺泵遠程切換；注水站監測進、出壓差，根據壓差報警，人工反洗。

圖4 無人操作、遠程監控技術流程圖Fig.4 Process flow of unmanned operation and remote monitoring technology

（2）事故流程應急切換、遠程關斷技術（圖5），主要包括緩沖罐后增加電動三通閥，事故狀態時可遠程切換至事故油箱；外輸泵出口安裝電動球閥，實現緊急截斷；清水罐連鎖高液位停加壓泵，低液位遠程停注水泵、喂水泵；原水罐連鎖高液位停水源井泵、低液位停供水泵。

圖5 事故流程應急切換、遠程關斷技術示意圖Fig.5 Schematic diagram of emergency switching of the accident process and remote shutdown technology

（3）風險作業遠程操作、智能運行技術（圖6），主要包括加熱爐遠程啟動前自動強制通風再遠程點火；消防系統實現火災自動報警與PLC 自動控制相結合；事故油箱、沉降罐、凈化罐液位監測遠傳，代替人工上罐量油；伴生氣分液器自動排液，避免人工直接接觸凝液。

圖6 風險作業遠程操作、智能運行技術示意圖Fig.6 Schematic diagram of remote operation of risky operations and intelligent operation technology

（4）關鍵部位視頻監控、闖入報警技術（圖7），主要包括裝置區及敏感點布置高清網絡前端，監控范圍更全面、更可靠；遠程智能抄表與裝置巡查等功能，生產數據、視頻實時采集代替人工巡檢；站場闖入報警，裝置異常報警。

圖7 關鍵部位視頻監控、闖入報警平面圖Fig.7 Layout plan of video monitoring of key parts and break-in alarm technology

（5）關鍵環節智能分析、自動控制技術（圖8），主要包括設備前端利用PID 智能控制技術解決三相分離器進液不均現象；設備后端利用含水分析儀判斷脫水效果，連鎖控制流程走向。

圖8 關鍵環節智能分析、自動控制技術流程圖Fig.8 Flow chart of intelligent analysis of key links and automatic control technology

5 實施效果

頁巖油無人值守站建成后，促進了中心站管理模式的轉變，基本生產管理單元縮減、勞動組織架構改革，實現扁平化管理，中心站立足聯合站（脫水站）合理規劃建設，避免重復建站。中心站智能化管控示意如圖9 所示，取消原設置在各站點的SCADA 監控終端、視頻工作站，依托井區或接轉站建成遠程中心監控點——中心站，完善中心站SCADA 監控、視頻終端配置，在中心站對所轄無人值守站及井場進行集中監控、操作[11]，形成了中心站模式下的無人值守、集中監控、定期巡檢生產組織方式，盤活用工，減少前端駐點人員。

圖9 頁巖油中心站智能化管控示意圖Fig.9 Schematic diagram of intelligent management and control of shale oil central station

6 結束語

長慶油田長7 頁巖油地面建設以全生命周期開發的整體效益最大化為核心，突出采油、地面、運行管理等各環節信息采集與智能管理技術運用。通過生產管理一體化模式、工藝管理一體化平臺，實現了實時監測、實時指揮、實時預警，將傳統的生產運行體制轉變為無人值守、遠程監控、智能管控、定期巡檢的物聯網[12]管理新模式。大平臺部署促進勞動組織架構變革，形成了智能化新型勞動組織架構，顛覆傳統的管理模式，百萬噸產量用工人數下降，單位用工成本大幅度下降。頁巖油示范區建設將繼續推進智能化建設，以完善前端數據采集、強化中端自動控制、深化后端智能應用三個層面為主要內容，攻關安全環保、生產運行、技術管理、管理決策四個方面智能化應用研究，打造智能化采油示范區。