油井在線監(jiān)控計量分析系統(tǒng)技術(shù)研究及應(yīng)用

*本文系中國石油和化學行業(yè)科學技術(shù)進步獎三等獎項目“油水井遠程監(jiān)控液量自動計量及分析優(yōu)化系統(tǒng) （2007JB0106-3）”的部分成果。

**作者簡介：檀朝東（1968-），男， 安徽省望江縣人，1990年畢業(yè)于石油大學（華東）開發(fā)系。1995年獲石油大學（北京）油氣田開發(fā)專業(yè)碩士，2003年獲石油大學（北京）博士學位?，F(xiàn)為中國中國石油大學（北京）石工學院副研究員，從事教學及科研工作。通訊地址： 102249 北京市昌平區(qū)石油大學石工學院。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

油井工況遠程監(jiān)控在線計量分析系統(tǒng)是在中石油股份公司積極倡導簡化優(yōu)化地面流程的前提下誕生的，既是集油井自動化、信息化、石油工程分析優(yōu)化設(shè)計于一體的綜合性信息化平臺，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，同時也是油井遠程故障診斷與優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)管理決策平臺。

研發(fā)的YD系列油井工況遠程監(jiān)控在線計量分析系統(tǒng)是以采油工程技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)^[1]，具有油井自動監(jiān)測和控制、實時示功圖、壓力、轉(zhuǎn)速、電參數(shù)等數(shù)據(jù)采集、油井液量計量、油井工況診斷^[2，3]、系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計等功能。該系統(tǒng)形成了抽油機井“功圖法”產(chǎn)液量計量技術(shù)、油井遠程實時綜合故障診斷技術(shù)、電泵井“節(jié)流壓差法”產(chǎn)液量計量技術(shù)等幾項油井遠程實時計量關(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)液量的動態(tài)變化。實現(xiàn)了以油井單井產(chǎn)量計量為核心，并輔以對油井進行工況監(jiān)控，對采集的數(shù)據(jù)進行分析診斷，實現(xiàn)簡化地面流程的作用同時，還可實現(xiàn)提高油井系統(tǒng)效率的目的。該系統(tǒng)可以替代或簡化油井計量流程，以降低油田產(chǎn)能建設(shè)投入和運行成本。

2 系統(tǒng)組成及功能

該系統(tǒng)集先進、成熟的計算機技術(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，具有油井自動監(jiān)測和控制、實時數(shù)據(jù)采集、電量遠程抄表、油井液量計量、油井工況診斷優(yōu)化設(shè)計等功能。

2.1 系統(tǒng)的組成

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

圖1  YD型油水井監(jiān)控、液量自動計量及分析系統(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RTU 和多個傳感器。這些傳感器均與油井RTU 相連接,對油井數(shù)據(jù)進行采集,反饋給上位監(jiān)控主機,根據(jù)傳回的油井現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)，應(yīng)用自噴井、電潛泵井、螺桿泵井、游梁機有桿泵井工況分析、產(chǎn)液量計算分析數(shù)學模型和軟件，對某口井的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)進行在線分析處理,計算各類油井的單井產(chǎn)液量,進入生產(chǎn)報表系統(tǒng)。系統(tǒng)信息流程如圖2 。

圖2  　油井工況遠程監(jiān)控、在線計量及分析系統(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

油井工況遠程監(jiān)控在線計量分析系統(tǒng)具有油井自動監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集、油井液量計量、油井工況診斷、系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計等功能。

　（1）油井工況采集功能

   對自噴井、抽油機井、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)時率、曲柄銷子、轉(zhuǎn)速、扭矩及巡井時間等生產(chǎn)參數(shù)。

?。?）故障報警功能

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

?。?）控制保護功能

    對油井間抽控制；缺相、三相電流不平衡、曲柄銷脫落自動停機；遠程啟?？刂坪烷_關(guān)井場照明燈；實現(xiàn)對油水井產(chǎn)/注液量的自動計量控制。

?。?）數(shù)據(jù)通訊功能

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

?。?）數(shù)據(jù)管理功能

    圖形方式實時顯示壓力、溫度、載荷、扭矩、電流、電壓、功率等各種生產(chǎn)參數(shù)及泵、機等生產(chǎn)設(shè)備運行狀態(tài)；實現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)超限報警及設(shè)備故障報警，預(yù)測故障位置和故障原因并進行相應(yīng)提示。

?。?）生產(chǎn)管理及遙控指揮

自動記錄巡井時間；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)上遠端監(jiān)控油水井生產(chǎn)現(xiàn)場并進行指揮。

?。?）油井產(chǎn)液量在線計量功能

    在油井正常運行期間，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程測試數(shù)據(jù)的自動錄取，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)液量計算技術(shù)，計算油井產(chǎn)液量，實現(xiàn)在無人值守情況下能及時掌握油井的生產(chǎn)動態(tài)變化情況。

　（9）油井生產(chǎn)系統(tǒng)分析與優(yōu)化決策功能

    根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，進行生產(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)計等。

?。?0）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)上可隨時瀏覽各油水井的各個監(jiān)控畫面、實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)、液量計量、工況診斷、優(yōu)化設(shè)計等結(jié)果，查詢有關(guān)生產(chǎn)報表及分析結(jié)果。

3 油井遠程監(jiān)控量液及分析優(yōu)化系統(tǒng)現(xiàn)場應(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”油井遠程在線計量及優(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)，實現(xiàn)了“單管集油”、“撤銷計量站”、 “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成本”的目標，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)濟效益。該技術(shù)實現(xiàn)了原來“計量站--轉(zhuǎn)油站—聯(lián)合站”三級布站向二級、一級布站新模式的轉(zhuǎn)變，開創(chuàng)了老油田地面流程簡化優(yōu)化的“港西模式”。

3.2 系統(tǒng)在大港油田的現(xiàn)場應(yīng)用情況

在大港油田的現(xiàn)場實際生產(chǎn)中，油井工況遠程監(jiān)控在線計量分析系統(tǒng)能夠24小時對油井進行實時監(jiān)測、診斷分析、計量，準確及時地反映了油井的工作情況。

3.2.1 實時監(jiān)測油井生產(chǎn)參數(shù)

該系統(tǒng)能實時監(jiān)測所有油井的生產(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　抽油機井實時測試數(shù)據(jù)

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

3.2.2 準確進行油井工況監(jiān)控和故障報警

實時報警程序的主要功能是對油井工況監(jiān)控和故障診斷結(jié)果進行實時報警，見下圖4。安裝實時報警程序的任何計算機終端都能實時收到故障的語音、顏色、閃爍報警。

油井工況監(jiān)控報警是對工況監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的故障進行報警,比如:停電、停機、油壓異常、缺相及電流異常、皮帶打滑、防盜紅外監(jiān)控，曲柄銷松動脫落等進行報警。故障診斷結(jié)果報警是對基于泵功圖的特征診斷出的油井故障進行報警,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、完全泵阻等進行報警。

圖4 油井工況監(jiān)控和故障報警

Fig 4 Monitoring oil well condition and fault Alarm

3.2.3 如實反映油井產(chǎn)液量的變化

　　油井的功圖和產(chǎn)液量時刻是在發(fā)生變化的，以前只能關(guān)注定性變化，而現(xiàn)在用油井遠程在線計量及優(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間段的產(chǎn)液量代替整天的產(chǎn)液量，假如在6:20取樣計產(chǎn)7.55方替代整天產(chǎn)液量，這就與油井的實際產(chǎn)液量相差甚遠。這套系統(tǒng)非常真實地記錄每一時段的產(chǎn)液量，從而可以求出油井一天的真實綜合產(chǎn)液量。如圖5所示。

圖５　西10-6井時段產(chǎn)液量變化圖

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

４　結(jié)論與認識

油井工況遠程監(jiān)控在線計量分析系統(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）自動化程度高，減少生產(chǎn)管理人員，提高勞動生產(chǎn)率

油井實現(xiàn)遙測遙控生產(chǎn)管理由計算機控制，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)量和工作時間，降低生產(chǎn)運行費用。油井產(chǎn)量、效率軟件自動計算分析，減少了油田生產(chǎn)技術(shù)管理人員，大大降低了生產(chǎn)管理費用，提高勞動生產(chǎn)率。

（2）故障自動報警，減少停產(chǎn)時間，提高油井生產(chǎn)時率

該系統(tǒng)實現(xiàn)了油井故障計算機自動化報警，生產(chǎn)管理人員可以隨時了解油井的生產(chǎn)情況以及設(shè)備的運行狀況，在出現(xiàn)故障時，能夠及時準確的報警，使油井在最短的時間內(nèi)恢復生產(chǎn)，提高油井生產(chǎn)時率。

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

該系統(tǒng)將自動化測控系統(tǒng)與油井生產(chǎn)分析決策系統(tǒng)有機結(jié)合，測控系統(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)濟效益服務(wù)。

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

應(yīng)用以抽油機井功圖法量油技術(shù)為主導的油井在線計量方法，可逐步取代傳統(tǒng)的油井計量方法，確保油井產(chǎn)液量計量的可靠性、準確性、連續(xù)性、實時性，達到簡化地面計量流程，降低油田開發(fā)投資和運行成本。

參考文獻：

1.檀朝東等.油水井遠程監(jiān)控液量自動計量及分析系統(tǒng).石油礦場機械. 2007，36(1):49～52

2．S．G．Gibbs and A．B．Neely．Computer Diagnosis of Down-Hole Conditions in Sucker-rod Pumping Well．JPT December, 1966

3．T．A．Everitt．An Improved Finite Difference Calculation of Down-Hole Dynamometer Cards for Sucker Rod Pumps．  SPE18189, 1989

4.唐慶等.抽油機井功圖法量油技術(shù)先導試驗.油氣井測試. 2006,15(5)：64～65

5.史明義等.功圖法計量技術(shù)在大港油田的應(yīng)用. 石油規(guī)劃設(shè)計，2006，17（3）：9-12

6.魏海生等.功圖量液技術(shù)在大港油田“棗園”試驗區(qū)的應(yīng)用.中國石油和化工.2007，12：44～47