采油井場工況監控技術系統的應用

李婉君（大慶油田技術監督中心計量檢定測試所）

物聯網技術在油田生產中的應用對智能化、數字化油田建設起到了良好的促進作用。“聽數字指揮、讓數字說話”的數字化管理，有效降低生產成本，提高勞動效率[1]。“標準化與數字化”，造就了一套符合油田地下油氣開發和地面建設優化簡化需求的標準設計，統一油氣田開發工藝、流程布局，統一井組、井站設計規劃標準，使油氣田建設按照“組裝”、“復制”的模式低成本擴張，優化了油水井生產系統，以此提高建設效率、生產運行效率，降低了油氣開發投資成本。為此，在調查研究的基礎上，提出了以物聯網技術應用為基礎的采油井場工況監控系統在油田生產現場的應用，并按照生產流程設置勞動組織結構，新模式實現了扁平化管理，取得了良好應用效果。

1 系統組成

采油井場工況監控系統主控系統（即油水井生產指揮系統）設置在采油管理區生產調度中心，該系統主要由智能視頻監控系統、生產數據實時采集系統、自動配水和智能流量計量系統、示功圖油井自動計量系統、生產動態分析診斷系統、智能報警系統、應急救援保障系統和電子巡井系統組成。

智能視頻監控系統：安裝在各計量站、中轉站、集油站等油井生產關鍵站點，各站點采集的實時視頻信號經光纜傳輸到主控系統。

生產數據實時采集系統：通過油井控制柜采集油井電流、電壓、沖程、沖速、有功功率、無功功率、功率因數、有功電量、無功電量、動液面和示功圖等油井實時生產參數，采集后用無線信號傳輸給計量站的井站數據采集終端，每口油井的套壓、回壓和溫度信號經無線壓力變送器和無線溫度變送器傳輸給計量站的井站數據采集終端（RTU），井站數據采集終端采集的實時生產數據經光纜傳輸到主控系統。油井控制柜主要有普通油井控制柜和變頻節能控制柜兩種，每種油井控制柜都采用弱電系統和強電系統分離等標準化規范設計，油井實時生產參數的采集和控制信號的傳輸主要通過1 臺32 位PLC 來完成。

自動配水和智能流量計量系統：通過各配水站安裝智能流量計自動配水穩水流量，并將采集到各注水井的流量、壓力、溫度等數據信號，經配水站數據采集終端控制器將采集信號經光纜傳輸到主控系統。當需要調整各注水井注水流量時，主控系統發出配水流量調整指令，經數據采集終端控制器將調整指令給控制閥門，從而達到自動配水的目的。

示功圖油井自動計量系統：對于正常生產的油井，根據每天油井示功圖和泵的理論排量，計算出油井產液，通過輸入油井的含水率和原油密度，就可以獲得每口油井的產量。對于生產不正常的油井，進行人工量油后對自動計量數據進行修正。

生產動態分析診斷系統：根據油井示功圖進行在線分析，根據功圖情況判斷油井生產狀況是否正常。對連噴帶抽、碰泵、上下閥漏失、活塞遇卡、抽油桿斷脫、活塞脫出工作筒、機械性跳動、載荷傳感器漂移、載荷傳感器損壞、位移傳感器損壞或不同步等不同故障問題進行綜合分析診斷。

智能報警系統：它包括油井管道原油泄漏報警、油井停機故障報警和非工作人員闖入生產監控區域報警。油井管道原油泄漏報警經現場管道壓力檢測發現異常變化，由主控系統發出油井管道原油泄漏報警信號，通過及時通知采油維護站相關人員迅速進行現場處理。油井停機故障報警由油井控制柜發出故障報警信號，經主控系統及時通知采油維護站相關人員迅速進行現場處理。當非工作人員闖入生產監控區域時，經視頻監控系統將現場信號實時傳輸到主控系統報警，并對擅自闖入生產監控區域的人員現場喊話，警告其已進入生產危險區域，讓其迅速離開。當現場喊話不能阻止擅自闖入生產監控區域的人員離開時，及時通知采油維護站相關人員進行現場處理。

應急救援保障系統：根據現場生產風險評價和相關應急處置預案（應急資源和應急物資配置、應急救援人員和通訊聯系方式、應急救援保障指揮中心等情況），一旦發生生產事故，及時啟動應急救援保障系統，確保以最快的速度到達事故現場。井場事故應急救援主要有井站硫化氫中毒事故應急救援、油井原油管道泄漏事故應急救援、油井作業現場井噴事故應急救援、油井作業現場高空墜物傷人事故應急救援、井站火災爆炸事故應急救援和采油井場觸電事故應急救援等。

電子巡井系統：可以采取自動電子定時巡井方式，也可以手動電子巡井方式，對采油井場工況和油水井生產實時運行情況進行巡回檢查，及時掌握各油水井生產狀況，發現問題及時作出現場處理。可以有效解決油井現場特別是夜間無人值守問題，真正實現采油井場工況遠距離監控。

2 系統功能與特點

2.1 功能

1）實時刷新顯示油水井生產數據。通過油水井生產現場采集的數據，實時收集至數據庫，并統一歸檔處理。可通過油田局域網客戶端對當前數據和歷史數據進行查閱觀察處理。

2）準確實時的油井工況診斷。可以依據采集的各類進行組合判斷，對油井常見異常問題進行專業診斷，提供準確的油井狀態報告信息，如通過診斷提供抽油桿斷脫、三相不平衡、皮帶斷落等油井專業會診信息。

3）便于報表輸出。可提供專業的輸出報表，同時可以打印。

4）專業圖形繪制。可以繪制示功圖、電流圖、電功率圖三種專業分析圖形，并提供多個圖形的疊加分析，還可調用、存儲、管理和打印圖形數據。

5）全過程生產監控和分析預警。應用生產指揮系統視頻監控系統，進行QHSE 動態實時監控，杜絕違章操作，提升標準化管理水平。

6）全方位優化調整。根據油水井生產現場數據，經計算分析，提出優化生產數據，實現系統整體優化，提升系統運行效率，達到節能降耗的目的。

2.2 特點

1）系統完全由一套針對油井測量設計的軟件和硬件組成，可以實現全部油井狀態的精確測量和控制。硬件和軟件即裝即用，真正快速實現對油井狀態的監控。

2）針對各種不同類型油井，統一提供全套規一化的油井參數，數據庫支持模塊化的擴展。在客戶端即可方便添加油井測量點，實現油井添加及系統擴容。

3）該系統監控的數據函蓋完備的沖程、沖速、回壓、套壓、溫度等生產數據，電流、電壓、電功率、功率因素、有功電量、無功電量等全套的電能數據，井站現場視頻監控數據。針對實時測量出的油井測試數據，系統可以提供電流平衡度、功率平衡度、地面效率等計算數據。

4）該系統針對20 余種各類型油井異常狀態，提供豐富精細的專業診斷和分析。對油井工作中常見的停電、停機、曲柄銷脫離、回壓異常、缺相及電流異常、油井抽空、抽油桿斷脫、三相電流不平衡、皮帶斷落等均能一一提供診斷，并及時提供專業的報警信息，最大限度地幫助油井維護人員分析油井出現的異常情況。

5）能提供標準的智能設備接口，可以擴接巡檢卡讀卡器等設備，使系統方便與油田人工巡井結合。同時，還提供現場調試的工具軟件，用筆記本電腦可以檢查系統硬件的運行情況并進行現場的參數設置。

6）為防止采油廠突發性停電等異常情況，該系統可以另外配接備用電池模塊，可以將停電時以及停電后半小時內的數據發送至主監控站。備用電池模塊的使用情況可以通過軟件完全監控。

7）基于C/S 模式的高速客戶端/服務器端訪問系統服務器支持油田局域網多個客戶同時訪問。基于數據庫的訪問模式，為每個參與監測的客戶提供了本機應用的高速服務。針對安裝有系統客戶端的客戶，只需點擊系統圖標，一鍵即可進入全套應用界面。如果筆記本電腦配有可接入油田局域網的無線上網卡，那么在任何地方都可以通過系統客戶端監測全部油水井工作情況。

8）只需為每個油井監測點的RTU 硬件設備配備一張具有接入油田局域網功能的GPRS SIM 卡，再通過系統所配備的工具軟件為RTU 硬件設置好服務器所在油田局域網的IP 地址。硬件系統安裝施工結束后，系統通電即可正常工作。安裝在服務器上系統服務器端軟件將自動完成全部硬件設備的數據收集和調度任務，由于系統出廠前已經有一套經典的工作參數，客戶只需直接應用系統而無需更多的調試。

9）由于采用無線對局域網固定的IP 方式，系統可以充分利用GPRS 的帶寬，為中心服務器帶來穩定性的同時，還避免了無線接收的雙向收費問題。針對全套系統的各個流程和每一個工作單元環節，系統均提供一整套相對獨立的保障參數。任何單元發生異常，均具備獨立的重啟機制和數據保護機制，不會對系統整體穩定性產生任何影響。

10）系統的核心硬件采用高集成度的核心模塊，基于數據采集、存儲、GPRS 傳輸三位一體的設計，既提升了RTU 硬件工作流程的穩定性，也最大程度地減少了設備的體積。室外型防水監控箱為整個硬件設備的長期可靠運行提供了保證。全套硬件設備出廠前均經過-20～70 ℃的老化測試，令每一個終端用客戶都可以放心使用。

3 現場應用

2014年，按照油田智能化和數字化油田示范區建設要求，將某作業區更改為采油管理三區，將原采油隊改為采油管理站，每個采油管理站下設注采、維修、資料及化驗、后勤保障4 個分站。采油廠通過完善采油管理三區組織框架，按照“三室一中心”組建了管理區機關，在原有采油隊基礎上，縮減了一個管理層級，組建了注采站、維修站和資料化驗站三類專業化管理站。將系統主控站設在采油管理三區生產調度指揮中心，網絡光纖通訊線纜架設到各井站，各油井數據采集信號通過無線方式傳輸到各井站數據采集終端，井站數據采集終端將現場實時采集到的所有數字信息通過網絡光纖通訊線纜傳輸到生產調度指揮中心的主控站，并實現主控站控制執行指令對各井站信息的雙向實時傳輸，實現采油井場生產過程全程監控、全程分析預警、全方位優化調整、全方位指揮管控的功能。該系統還可以與油田局域網系統聯結，對授權用戶可以實現采油井場工況現象的遠距離監控和生產信息數據的遠距離讀取。

4 實施效果

節能降耗效果明顯。通過強化數據分析，完善油水井日常單井工況分析規范，開展示功圖量油對比、示功圖分析、溫度變化分析、電量分析、躺井預警，確保油井在最優合理工況區生產，平均沖速下降了1.3 min-1，平均泵效增加10.2%，日耗電量減少2139 kWh，累計節電69.3×104kWh。強化油井生產監控。應用電子巡檢系統，及時掌握油井生產動態，縮短了躺井和管線穿孔的發現時間，油井時率達到97.99%，與系統應用前相比上升5.55%。加強水井治理。水井安裝恒流量注水撬塊后，實現了傳統手工調水向自動調水的轉變，水井的工況得到了改善，層段合格率由77.9%上升到86%。加強生產監控。應用生產指揮系統視頻監控系統，進行QHSE 動態實時監控，杜絕違章操作，提升了標準化管理水平。

5 結語

實踐證明，采油井場工況監控系統技術先進，智能化、自動化和數字化程度高，它的應用不僅實現了油田基層管理模式的創新，而且充分發揮信息化設備生產過程全程監控、全程分析預警、全方位優化調整、全方位指揮管控的功能，實現了工作效率和工作質量的提升，系統整體節能降耗和降本增效效果明顯，具有良好的推廣應用價值。

[1]朱益飛.物聯網:未來重要的信息技術［J］.賽爾電氣應用,2012,10(12):112-114.