*本文系中國(guó)石油和化學(xué)行業(yè)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)項(xiàng)目“油水井遠(yuǎn)程監(jiān)控液量自動(dòng)計(jì)量及分析優(yōu)化系統(tǒng) （2007JB0106-3）”的部分成果。

**作者簡(jiǎn)介：檀朝東（1968-），男， 安徽省望江縣人，1990年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）開發(fā)系。1995年獲石油大學(xué)（北京）油氣田開發(fā)專業(yè)碩士，2003年獲石油大學(xué)（北京）博士學(xué)位?，F(xiàn)為中國(guó)中國(guó)石油大學(xué)（北京）石工學(xué)院副研究員，從事教學(xué)及科研工作。通訊地址： 102249 北京市昌平區(qū)石油大學(xué)石工學(xué)院。電話：010-89742177。E-MAIL：tantcd@126.com.

A Study and Application of Well Remote Monitoring , Analysis and Online Measurement System

TAN Chao-dong ¹ ，SHAO Ding-bo ² ，GUAN Cheng-yao ³

(1. MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering ，China University of Petroleum, Beijing 102249，China; 2. Dagang Oilfield Company ,Tianjin 300280，China；3.Beijing Yadan Petroleum Technology Co.，Ltd., Beijing 102200，China)

Abstract: This paper states that the remote monitoring fluid-volume measures，analyzes and optimizes system of oil-wells online by use of combining automatic monitoring devices of oil-well cluster with specialized measurement analysis software. The system possesses automatic monitoring of the oil-wells working conditions data, measurement of the oil-wells fluid-volume, wells condition diagnosis, efficiency optimization design system, and other functions, with combination of oil production engineering, communication and computer technology. The system has been successfully tested and promoted application in Dagang and Zhongyuan oilfield. It can automatically monitor oil-wells working condition, and replace or simplify the traditional measurement process.

Keyword: oil-well; remote monitoring; fluid-volume measurement; analysis and optimization; system research and development; promotion application

1概  述

油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)是在中石油股份公司積極倡導(dǎo)簡(jiǎn)化優(yōu)化地面流程的前提下誕生的，既是集油井自動(dòng)化、信息化、石油工程分析優(yōu)化設(shè)計(jì)于一體的綜合性信息化平臺(tái)，也是提高油井系統(tǒng)效率，節(jié)能降耗，挖掘油井增產(chǎn)潛力的石油工程解決方案，同時(shí)也是油井遠(yuǎn)程故障診斷與優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)管理決策平臺(tái)。

研發(fā)的YD系列油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)是以采油工程技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)^[1]，具有油井自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制、實(shí)時(shí)示功圖、壓力、轉(zhuǎn)速、電參數(shù)等數(shù)據(jù)采集、油井液量計(jì)量、油井工況診斷^[2，3]、系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)等功能。該系統(tǒng)形成了抽油機(jī)井“功圖法”產(chǎn)液量計(jì)量技術(shù)、油井遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)綜合故障診斷技術(shù)、電泵井“節(jié)流壓差法”產(chǎn)液量計(jì)量技術(shù)等幾項(xiàng)油井遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)計(jì)量關(guān)鍵技術(shù)，可以保證油井故障診斷符合率在90%以上，95%以上的油井計(jì)量誤差控制在10%以內(nèi)，而且能夠正確表現(xiàn)單井產(chǎn)液量的動(dòng)態(tài)變化。實(shí)現(xiàn)了以油井單井產(chǎn)量計(jì)量為核心，并輔以對(duì)油井進(jìn)行工況監(jiān)控，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化地面流程的作用同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)提高油井系統(tǒng)效率的目的。該系統(tǒng)可以替代或簡(jiǎn)化油井計(jì)量流程，以降低油田產(chǎn)能建設(shè)投入和運(yùn)行成本。

2 系統(tǒng)組成及功能

該系統(tǒng)集先進(jìn)、成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集及傳感器、采油工程技術(shù)于一體，具有油井自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、電量遠(yuǎn)程抄表、油井液量計(jì)量、油井工況診斷優(yōu)化設(shè)計(jì)等功能。

2.1 系統(tǒng)的組成

油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)是由硬件和軟件組成，主要由工況監(jiān)控、計(jì)量及分析優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控（選裝）4個(gè)子系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1  YD型油水井監(jiān)控、液量自動(dòng)計(jì)量及分析系統(tǒng)組成示意圖

Fig1 YD type of oil-well monitoring, automatic fluid-volume measurement and analysis system component diagram

一口油井安裝1 臺(tái)RTU 和多個(gè)傳感器。這些傳感器均與油井RTU 相連接,對(duì)油井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行采集,反饋給上位監(jiān)控主機(jī),根據(jù)傳回的油井現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)，應(yīng)用自噴井、電潛泵井、螺桿泵井、游梁機(jī)有桿泵井工況分析、產(chǎn)液量計(jì)算分析數(shù)學(xué)模型和軟件，對(duì)某口井的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析處理,計(jì)算各類油井的單井產(chǎn)液量,進(jìn)入生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)。系統(tǒng)信息流程如圖2 。

圖2  　油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控、在線計(jì)量及分析系統(tǒng)信息流程圖

Fig2 Oil-wells condition remote monitoring, system information measurement and analysis online flow chart

2.2  系統(tǒng)的功能

油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)具有油井自動(dòng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集、油井液量計(jì)量、油井工況診斷、系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)等功能。

?。?）油井工況采集功能

   對(duì)自噴井、抽油機(jī)井、電潛泵井、螺桿泵井采集電量、電壓、電流、功率、載荷、沖次、沖程、井口壓力、油溫、生產(chǎn)時(shí)率、曲柄銷子、轉(zhuǎn)速、扭矩及巡井時(shí)間等生產(chǎn)參數(shù)。

?。?）故障報(bào)警功能

    停電、停機(jī)、回壓異常、缺相及電流異常、抽油機(jī)抽空、防盜紅外監(jiān)控，曲柄銷松動(dòng)脫落。

?。?）控制保護(hù)功能

    對(duì)油井間抽控制；缺相、三相電流不平衡、曲柄銷脫落自動(dòng)停機(jī)；遠(yuǎn)程啟?？刂坪烷_關(guān)井場(chǎng)照明燈；實(shí)現(xiàn)對(duì)油水井產(chǎn)/注液量的自動(dòng)計(jì)量控制。

　（4）數(shù)據(jù)通訊功能

    單井采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制器（RTU）與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；中控室采用無線寬帶/光纜網(wǎng)絡(luò)通訊方式實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。

　（5）數(shù)據(jù)管理功能

    圖形方式實(shí)時(shí)顯示壓力、溫度、載荷、扭矩、電流、電壓、功率等各種生產(chǎn)參數(shù)及泵、機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)超限報(bào)警及設(shè)備故障報(bào)警，預(yù)測(cè)故障位置和故障原因并進(jìn)行相應(yīng)提示。

?。?）生產(chǎn)管理及遙控指揮

自動(dòng)記錄巡井時(shí)間；與油田局域網(wǎng)數(shù)據(jù)共享；可以通過現(xiàn)有局域網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)上遠(yuǎn)端監(jiān)控油水井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行指揮。

　（8）油井產(chǎn)液量在線計(jì)量功能

    在油井正常運(yùn)行期間，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)錄取，根據(jù)采集的壓力、轉(zhuǎn)速、地面示功圖、電參數(shù)等數(shù)據(jù)，應(yīng)用油井產(chǎn)液量計(jì)算技術(shù)，計(jì)算油井產(chǎn)液量，實(shí)現(xiàn)在無人值守情況下能及時(shí)掌握油井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)變化情況。

?。?）油井生產(chǎn)系統(tǒng)分析與優(yōu)化決策功能

    根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)井工況在線診斷、抽油井系統(tǒng)效率分析、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

　（10）網(wǎng)絡(luò)查詢功能

    通過IE瀏覽器和專用的視頻播放軟件，在油田信息網(wǎng)上可隨時(shí)瀏覽各油水井的各個(gè)監(jiān)控畫面、實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、液量計(jì)量、工況診斷、優(yōu)化設(shè)計(jì)等結(jié)果，查詢有關(guān)生產(chǎn)報(bào)表及分析結(jié)果。

3 油井遠(yuǎn)程監(jiān)控量液及分析優(yōu)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)應(yīng)用總體情況

2004年-2007年該系統(tǒng)在中石油大港油田、遼河油田、華北油田、中石化的中原油田等安裝了1000多口井，包括抽油機(jī)井、電泵井、螺桿泵井及自噴井等所有井型，節(jié)約投資和減少成本數(shù)千萬元，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。自2005年開始，大港油田先后建立了“西一轉(zhuǎn)”、“港淺8-6”、“棗園”油井遠(yuǎn)程在線計(jì)量及優(yōu)化分析系統(tǒng)技術(shù)示范區(qū)^[4-6]。2006年在大港油田全面推廣應(yīng)用，其中港西油田所有的430口油井，包括抽油機(jī)井、電泵井、螺桿泵井及自噴井等所有井型，都應(yīng)用該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“單管集油”、“撤銷計(jì)量站”、 “部分撤銷摻水流程”、“地面管線串糖葫蘆”，“大大減少地面管線投資和維護(hù)成本”的目標(biāo)，地面管線布置從244公里減小到79公里，節(jié)約投資和減少成本數(shù)千萬元，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了原來“計(jì)量站--轉(zhuǎn)油站—聯(lián)合站”三級(jí)布站向二級(jí)、一級(jí)布站新模式的轉(zhuǎn)變，開創(chuàng)了老油田地面流程簡(jiǎn)化優(yōu)化的“港西模式”。

3.2 系統(tǒng)在大港油田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

在大港油田的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)能夠24小時(shí)對(duì)油井進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、診斷分析、計(jì)量，準(zhǔn)確及時(shí)地反映了油井的工作情況。

3.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油井生產(chǎn)參數(shù)

該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有油井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，電壓、電流、油壓、油溫、理論泵排量、泵效等。如圖3所示。

圖３　抽油機(jī)井實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)

Fig 3　The real-time testing data of rod pumping well

3.2.2 準(zhǔn)確進(jìn)行油井工況監(jiān)控和故障報(bào)警

實(shí)時(shí)報(bào)警程序的主要功能是對(duì)油井工況監(jiān)控和故障診斷結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，見下圖4。安裝實(shí)時(shí)報(bào)警程序的任何計(jì)算機(jī)終端都能實(shí)時(shí)收到故障的語音、顏色、閃爍報(bào)警。

油井工況監(jiān)控報(bào)警是對(duì)工況監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行報(bào)警,比如:停電、停機(jī)、油壓異常、缺相及電流異常、皮帶打滑、防盜紅外監(jiān)控，曲柄銷松動(dòng)脫落等進(jìn)行報(bào)警。故障診斷結(jié)果報(bào)警是對(duì)基于泵功圖的特征診斷出的油井故障進(jìn)行報(bào)警,比如:抽油桿斷脫、供液不足、氣鎖、氣體影響、凡爾漏失、泵筒彎曲、完全泵阻等進(jìn)行報(bào)警。

圖4 油井工況監(jiān)控和故障報(bào)警

Fig 4 Monitoring oil well condition and fault Alarm

3.2.3 如實(shí)反映油井產(chǎn)液量的變化

　　油井的功圖和產(chǎn)液量時(shí)刻是在發(fā)生變化的，以前只能關(guān)注定性變化，而現(xiàn)在用油井遠(yuǎn)程在線計(jì)量及優(yōu)化分析系統(tǒng)可以定量地反映油井產(chǎn)液量的變化。以西10-6井為例，在2007年9月15日，油井的時(shí)段產(chǎn)液量是在不斷地發(fā)生變化，從4:20的12.57方變化到23:21的2.8方；功圖也相應(yīng)地從比較飽滿到供液不足不斷地變化。而傳統(tǒng)的分離器玻璃管量油只能取某一時(shí)間段的產(chǎn)液量代替整天的產(chǎn)液量，假如在6:20取樣計(jì)產(chǎn)7.55方替代整天產(chǎn)液量，這就與油井的實(shí)際產(chǎn)液量相差甚遠(yuǎn)。這套系統(tǒng)非常真實(shí)地記錄每一時(shí)段的產(chǎn)液量，從而可以求出油井一天的真實(shí)綜合產(chǎn)液量。如圖5所示。

圖５　西10-6井時(shí)段產(chǎn)液量變化圖

Fig 5  variation of a liquid output of west 10-6 oil well

４　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)通過在大港等油田的推廣應(yīng)用，證明它比傳統(tǒng)的非連續(xù)性量油方式更適合油田的生產(chǎn)管理。

（1）自動(dòng)化程度高，減少生產(chǎn)管理人員，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率

油井實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控生產(chǎn)管理由計(jì)算機(jī)控制，大大減少了工作人員上井次數(shù)，減少交通車輛的配備數(shù)量和工作時(shí)間，降低生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用。油井產(chǎn)量、效率軟件自動(dòng)計(jì)算分析，減少了油田生產(chǎn)技術(shù)管理人員，大大降低了生產(chǎn)管理費(fèi)用，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

（2）故障自動(dòng)報(bào)警，減少停產(chǎn)時(shí)間，提高油井生產(chǎn)時(shí)率

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了油井故障計(jì)算機(jī)自動(dòng)化報(bào)警，生產(chǎn)管理人員可以隨時(shí)了解油井的生產(chǎn)情況以及設(shè)備的運(yùn)行狀況，在出現(xiàn)故障時(shí)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)警，使油井在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)，提高油井生產(chǎn)時(shí)率。

（3）自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)與分析優(yōu)化決策系統(tǒng)聯(lián)用，提高了油田科學(xué)化管理水平和系統(tǒng)效率

該系統(tǒng)將自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)與油井生產(chǎn)分析決策系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，測(cè)控系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)送入分析優(yōu)化系統(tǒng)做深層次分析并提交解決方案，使采集到的信息不僅滿足了資料求取的需要，更能為油井產(chǎn)液量計(jì)量、故障分析、優(yōu)化決策、減少投資、節(jié)能降耗、提高系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益服務(wù)。

（4）改變了傳統(tǒng)的油井計(jì)量方式，簡(jiǎn)化了地面計(jì)量流程，降低了油田開發(fā)投資

應(yīng)用以抽油機(jī)井功圖法量油技術(shù)為主導(dǎo)的油井在線計(jì)量方法，可逐步取代傳統(tǒng)的油井計(jì)量方法，確保油井產(chǎn)液量計(jì)量的可靠性、準(zhǔn)確性、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性，達(dá)到簡(jiǎn)化地面計(jì)量流程，降低油田開發(fā)投資和運(yùn)行成本。

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