油田智能巡檢及控制技術的研究及應用

戢 慧 馮小剛 賈玉庭 于東來 馬俊付

新疆油田公司 新疆吉木薩爾 831700

1 智能巡檢及控制技術的實現

1.1 無桿泵舉升工藝

工作人員創新研究出一種無桿泵舉升工藝，包括投撈電纜、永磁同步電機、間隙式螺桿泵舉升工藝。利用投撈電纜與插接頭為井下機組供電，接頭連接在油管，提前下入井內，后期在油管中投撈電纜與插頭，插頭與接頭靈活投撈對接，實現抗拉傳輸一體化功能，適應于油田各種儲層條件、原油物性、井深結構。

配套的傳感器和動力載波技術，實時監測泵入口壓力、溫度、震動數據，實現井下數據自動采集，準確掌握井下工況，可以根據井下壓力傳感器的變化調整生產參數，實現井下閉環控制。根據油藏供液能力和地質需求制定恒動液面和定產量2 種生產模式。提高了舉升方式的適應性，實現高效平穩運行，實現了單井的實時數據更新。配套的電纜加熱技術，利用“集膚效應”，當交流電通過加熱電纜銅芯和鋼鎧護套時，加熱電流便在鋼鎧護套的內壁上產生集膚效應，電流集中在鋼鎧護套內壁一定深度內流過，鋼鎧護套發熱，熱量直接傳遞給周圍流體，加熱電纜對油管內的原油進行加溫和磁化，將連續加熱電纜從油管內下到結蠟點以上，達到清蠟的目的，施工簡單方便，重復利用率高，加熱電纜額定功率150kW，額定電流153A。投撈電纜、永磁同步電機、間隙式螺桿泵舉升工藝的研發減少了單井地面設備，減少了巡檢勞動量和報表抄錄量，更加安全環保。投撈電纜式電潛螺桿泵如圖1 所示。

圖1 投撈電纜式電潛螺桿泵

1.2 含水液量在線檢測技術

國內油田集輸大多采用“油井- 計量接轉站- 聯合處理站”的二級布站模式，計量站普遍采用容積法和質量流量計計量方式，存在著集輸流程長、建設投資高、人工計量工作量大的問題。另外單罐拉油井產量采用人工計量，數據錄入和巡檢工作量大，間出井容易因巡檢不及時發生溢罐事故，造成產量損失和環境污染。在單井在線計量技術上，只有針對抽油機井的功圖法計量技術，無桿泵舉升工藝配套的在線計量技術暫時缺乏。

大多數油田原油含水率的測定，需采油工每日取樣送至化驗室，由化驗工化驗含水率，但油田往往井數多，井距大，取樣送樣耗時長，通常一口井當天只能送一次樣，同一口井幾天才能取一次樣，難以實現對油井實現每日取樣化驗。油田常用含水率測量為離心法和蒸餾法，含水測量值為點樣，對于不同時段含水率波動大的油井，難以獲得準確的綜合含水率。另外，取樣瓶需求較大，取樣瓶用完后需要送到有資質的處置單位處理，浪費人力物力財力。為實現無桿泵舉升配套的在線計量技術，減少地面集輸管線和設備，研發了工業化產品液量含水自動計量撬，可以實現24h 連續計量液量、含水。液量含水自動計量撬由自主研發的稱重式單井液量計量儀與微波含水儀組成，實時采集瞬時液量和含水，通過RTU 的程序算法，生成單井日產油量、日綜合含水和日產液量等生產數據，并實時上傳至中控大廳，自動形成生產報表供日常生產分析使用。

傳統計量站使用的容積法計量技術只用于稀油計量，需要依托計量站，不適用于單井，該計量撬通過稱重式單井液量計量儀進行液量計量，稱重法計量技術成熟，測量介質范圍廣，氣體對測量準確度影響小。計量撬上配備的微波含水儀，通過檢測微波在不同介質中的傳播速度，通過數學模型處理，測得介質中水的含量。檢測儀實時檢測原油經過探頭時的水分，并且將數據發送到中控大廳，工作人員通過訪問服務器可以得到實時檢測數據，查詢歷史記錄。液量含水自動計量撬的研發，實現了油田集輸由二級布站模式優化為一級布站模式，降低地面建設費用和生產運行成本，減少了現場員工巡井取樣工作量。液量含水自動計量撬如圖2 所示。

圖2 液量含水自動計量撬

1.3 注水井在線調水技術

油田常用的流量計為葉輪式流量計和磁電式流量計，但都易受水質影響，若水中含有較多的雜物、絮狀物，則會造成葉輪式流量計的葉輪卡塞，無法正常工作，若水中含雜物或鐵離子，會附著在磁電式流量計的測量探針上，從而影響流量計正常工作。對此開展注水流量計選型研究，根據油田注水水質情況，選擇適合水質的電磁流量計作為單井注水流量計，電磁式流量計的測量探頭隱藏在管道壁內測，不直接接觸介質，不易受水質影響，測量管道內無阻流件，沒有附加的壓力損失，測量管道內無可動部件，傳感器壽命較長。研發高壓流量自控儀，將電磁流量計、高壓調節閥、執行機構和控制器集于一體，實現閉環計量和控制，同時具有雙向傳輸功能。高壓流量自控儀可以在流量范圍內遠程設定流量，自動調整流量，保證平穩精確的注水，顯示直觀、結構緊湊、節省空間、操作方便，實現井口注水量準確計量和遠程調配水，降低現場人員的勞動強度。

1.4 控制技術

單井DCS 系統應用，實現機采井生產數據傳輸及控制，實現了采油井從井底到井口的智能高效的全過程生產管理，可以實現無桿泵運行狀態、生產動態和井場情況實時監控。井站數據采集、數據傳輸與監視控制系統，通過動態流程畫面和趨勢圖的顯示，對井、站的工藝參數、機泵運行狀態進行集中監控。控制系統如圖3 所示。

圖3 控制系統

2 智能巡檢技術現場應用

2.1 無桿泵舉升及配套技術的應用

井區無桿泵舉升工藝累計應用236 井次，實現單井數據上傳的遠程控制的功能，將單井能耗降低了40%，同時滿足了油田少人、高效的開發模式。電纜加熱清防蠟確保機組運行平穩，降低轉速加熱后出口液體溫度達到70℃，相對于常規熱洗效率更高，費用更低。已設置37 口油井閉環控制，其中，33 口油井實現智能啟停（泵吸入口壓力低于設定低值自動停機，待壓力恢復至設定高值自動開機）；另外4 口油井實現恒定液面生產，減少人力勞動，實現精準啟停生產。避免了液面低時巡檢不及時導致泵干抽，甚至泵損壞，延長了無桿泵的使用壽命，噸液耗電降低1.39kWh。電纜加熱清蠟與熱洗清蠟運行天數如圖4 所示。

圖4 電纜加熱清蠟與熱洗清蠟運行天數

2.2 含水液量在線檢測技術的應用

井區應用液量含水自動計量橇39 套，計量誤差均滿足《Q/ SY06002.2- 2016 油氣田地面工程油氣集輸處理工藝設計規范》中誤差≤±10%的要求，含水率測量誤差≤±5%。含水液量在線檢測技術的應用簡化了地面集輸工藝，降低了建設成本和集輸能耗。解決了邊遠井計量的難題，降低了巡井、取樣、化驗人員數量，達到減員增效的目的。含水液量在線檢測情況如表1 所示。

表1 含水液量在線檢測情況

2.3 注水井在線調水技術的應用

應用適合井區水質的高壓自控流量儀，實現在線計量，遠程調水，有效解決了注水井欠注問題，聯合站和井口水量輸差減小到4.8%，低壓系統壓力上升到18.0MPa 以上，欠注井由37 口減小到12 口，25 口井恢復注水。同時減少了注水井巡檢調水工作，實現了注水井智能巡檢。

3 結語

研究出一種油田智能巡檢及控制技術，從前端單井到后端控制指揮大廳，實現了至下而上，數據公開透明，實時查詢，智能控制的功能。無桿泵舉升技術的應用，減少設備維護工作量90%，節能效果30%～50%，消除設備安全風險99%，消除環保風險99%，取消現場計量工作100%，取消現場取樣工作100%，取消化驗含水工作100%，減少勞動用工大于50%，實現實時監測、故障巡檢，減少巡檢工作量大于50%，投資按8 年折舊計算，單井生產運行成本每年節約9.22 萬元/ 井次。

油田智能巡檢及控制技術的應用，通過將現場設備與信息自動化建設緊密結合，合理搭配信息化建設的各項功能設置，實現了對所轄采油井及設備的工藝參數的采集與控制，通過智能化的運行管理，實現了“無人值守、故障巡井”，人員數量在原有基礎上進行了縮減，顯著提高了人力資源配置效率。節約了站場運行管理難度及費用，達到了減員增效和降低安全環保風險的目的，實現了優質、高效、綠色、智能的采油目標。