油井自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

康桂瓊　李欣嶸　張　金

(大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠1,黑龍江 大慶　163853；廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動化工程有限公司2，河北 廊坊　065000；中國石油集團測井有限公司國際事業(yè)部3，北京　102200)

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油井自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

康桂瓊1李欣嶸2張金3

(大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠1,黑龍江 大慶163853；廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動化工程有限公司2，河北 廊坊065000；中國石油集團測井有限公司國際事業(yè)部3，北京102200)

根據(jù)龍虎泡作業(yè)區(qū)現(xiàn)有的間歇井開關(guān)井制度及配套設(shè)備現(xiàn)狀，基于組態(tài)技術(shù)，開發(fā)了一套油井自動監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過組態(tài)的方式，實時、生動地反映了抽油機井的各項參數(shù)；通過程序智能、高效地控制抽油機啟停，有效防止了油井空抽和其他生產(chǎn)事故的發(fā)生，達到了安全生產(chǎn)、提高油井生產(chǎn)效率的目的。

間歇井生產(chǎn)監(jiān)測控制系統(tǒng)自動化智能化實時組態(tài)數(shù)據(jù)采集

0　引言

隨著龍虎泡作業(yè)區(qū)單井采油產(chǎn)量的逐年遞減，采油成本不斷攀升。如何解決低產(chǎn)井、挖潛增效井等存在的間抽問題，提高生產(chǎn)率，實現(xiàn)節(jié)能降耗，已成為作業(yè)區(qū)的重點研究課題之一。

目前，在龍虎泡作業(yè)區(qū)的油井生產(chǎn)監(jiān)測過程中，現(xiàn)有的自動化軟件只能實現(xiàn)對間歇油井的壓力、溫度、電流、電壓、位移、動液面深度等參數(shù)的遠程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測，并不能集油井參數(shù)采集、監(jiān)測與自動化控制等功能于一體。尤其是控制系統(tǒng)軟件對間歇井抽油機的遠程啟?？刂?，絕大多數(shù)仍是根據(jù)人工經(jīng)驗設(shè)置的具有固定啟停時間的開關(guān)井制度，而不是根據(jù)油井實際供液狀態(tài)參數(shù)的變化進行實時的智能化控制。這樣抽油機易處于相對半抽或空抽狀態(tài)，易造成生產(chǎn)事故、增大采油風(fēng)險、降低生產(chǎn)率、浪費能源。通過對各間歇油井多種參數(shù)進行監(jiān)測，進而智能化地對抽油機啟停時間進行精確自動控制，已成為間歇井提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗的重要方法。

通過所設(shè)計開發(fā)的基于組態(tài)技術(shù)的間歇油井自動監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對油井各工作參數(shù)的實時自動采集、存儲與處理，并實時監(jiān)測參數(shù)、自動識別抽油機工作狀態(tài)(空抽或滿抽)、自動發(fā)送指令遠程控制抽油井電機停止或啟動，進而減少或避免其低效和無效空抽，從而大幅度提高間歇井采油效率、降低采油成本及風(fēng)險。

1　油井監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1.1監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)作業(yè)區(qū)的油井分布情況及現(xiàn)有的硬件配套體系，本監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。油井現(xiàn)場轉(zhuǎn)換實時采集到的數(shù)據(jù)信息后，將其以串口通信的方式傳輸?shù)浆F(xiàn)場的無線通信模塊；無線通信模塊利用基站，將所采集的數(shù)據(jù)遠程發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)端[1-2]；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過Internet或局域網(wǎng)接收數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)交換處理后，傳至與其相連接的計算機上，通過監(jiān)控系統(tǒng)軟件對其進行查詢、分析、處理與控制。

圖1　油井監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1　Structure of the monitoring system for oil well

1.2油機井監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

基于龍虎泡現(xiàn)有的硬件系統(tǒng)配套設(shè)施及抽油機井采油工藝流程，能夠監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息主要包括壓力、溫度、角位移、動液面深度、三相電流、負荷等。抽油機井井口自動化系統(tǒng)主要由井口傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、控制柜、現(xiàn)場總線和無線通信器組成。因此，所設(shè)計的油井監(jiān)控系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖2所示。

圖2　硬件架構(gòu)設(shè)計圖Fig.2　Design of hardware architecture

傳感器將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號后，將其傳至數(shù)據(jù)采集模塊中進行A/D轉(zhuǎn)換、放大，再經(jīng)過數(shù)據(jù)無線傳輸模塊發(fā)送至上位機，對其實時采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行集中存儲與分析顯示，最后由上位機軟件根據(jù)監(jiān)測參數(shù)反饋信號遠程控制現(xiàn)場的控制器，智能化地啟停電機[3]。這樣就建立起各傳感器、控制器與監(jiān)控軟件系統(tǒng)的連接。

1.3監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

ForceControl6.1力控組態(tài)軟件利用其專用I/O接口與相關(guān)硬件進行連接，實現(xiàn)了對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集，并提供實時監(jiān)測以及過程控制功能的專用軟件。該軟件圖形界面豐富，具有強大的網(wǎng)絡(luò)支持和完整的網(wǎng)絡(luò)冗余及軟件容錯解決方案，并且便于監(jiān)控系統(tǒng)的通信集成[4]。

女人記得后來兩人在一起做愛的時候，男朋友總是壓在她的身子上說那句話，虎吃牛，虎吃牛呀。男朋友還趴在她耳根處問她，你愿意讓我吃嗎？女人滿臉通紅地說愿意，你想什么時候吃就什么時候吃。男朋友就說吃你一輩子，男朋友的話說過幾次便把女人說得淚流滿面，她很小父母親便離異了，她是靠姐姐微薄的工資讀完大學(xué)的呀，能有了一個男人呵護她、愛她這還不是福氣嗎？

該油井監(jiān)控系統(tǒng)基于ForceControl6.1力控組態(tài)軟件開發(fā)平臺，通過對抽油機井監(jiān)控軟件的功能需求分析，監(jiān)控軟件主要可以實現(xiàn)對現(xiàn)場采油井工藝流程的實時監(jiān)測與仿真、遠程控制、曲線繪制、數(shù)據(jù)報表及報警記錄的生成等功能[5]。

1.3.1監(jiān)控主界面設(shè)計

系統(tǒng)采用力控組態(tài)軟件，建立抽油機井監(jiān)控系統(tǒng)。在油井井下液柱內(nèi)，深色液柱表示動液面的變化深度。其可清楚地顯示出各傳感器及儀表的具體安裝位置及其實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)。因此，工作人員可直觀地通過界面中各參數(shù)的運行情況，實時了解現(xiàn)場工況并進行及時調(diào)整。該監(jiān)控系統(tǒng)為抽油機井采油生產(chǎn)、監(jiān)測及控制提供了生動、直觀的數(shù)據(jù)信息。

1.3.2實時曲線與歷史曲線模塊

實時曲線模塊通過采集到的實時數(shù)據(jù)，依據(jù)時間的變化而繪制。該模塊能夠?qū)崟r反映抽油機井各監(jiān)測參數(shù)值在采油作業(yè)中的變化趨勢；可單獨查看一條曲線，亦可同時查看多條曲線。該模塊還可以根據(jù)位移、負荷變化單獨繪制出示功圖，無需專業(yè)人員親自上井落實工況，降低了人工勞動力強度，更便于技術(shù)人員對油井工況的分析。

歷史曲線模塊則反映了監(jiān)控系統(tǒng)某一指定歷史時間內(nèi)的各監(jiān)測參數(shù)值的曲線變化情況。利用歷史曲線查詢模塊，可以查出異常情況發(fā)生的時間及可能引起異常情況的原因。

1.3.3數(shù)據(jù)報表模塊

報表模塊是將保存于力控DB數(shù)據(jù)庫或SQLSever2010第三方關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，以數(shù)值報表的形式顯示出來。該模塊可集中查看多口井的實時或歷史數(shù)據(jù)，亦可單獨查看一口井的歷史數(shù)據(jù)，還可導(dǎo)出或打印報表。

1.3.4報警記錄模塊

該模塊對各監(jiān)測參數(shù)設(shè)置了不同級別的報警限值，當采油生產(chǎn)過程中因出現(xiàn)異常情況而超出限值，系統(tǒng)會自動進行實時記錄并彈出報警提示，以提醒管理人員及時對報警狀況進行分析處理，以便使工況恢復(fù)正常。

2　自動控制功能的實現(xiàn)

該油井控制系統(tǒng)通過組態(tài)軟件與控制模塊連接，分為自動和手動兩種控制模式。組態(tài)軟件提供了大量豐富的控制模塊接口，如西門子PLC系列、三菱PLC系列等。當控制模塊與組態(tài)軟件連接時，只需在組態(tài)中定義相應(yīng)的設(shè)備和I/O變量即可讀取設(shè)備內(nèi)部寄存器的值[6]，無需編寫程序讀取設(shè)備內(nèi)部寄存器的值，相關(guān)的驅(qū)動程序已集成在組態(tài)中。這樣可縮短系統(tǒng)集成的時間，從而大幅提高集成效率。當組態(tài)運行時，軟件分析處理所監(jiān)測的數(shù)據(jù)后，發(fā)出指令即可實現(xiàn)其控制功能。其自動控制流程如圖3所示。

圖3　自動控制流程設(shè)計圖Fig.3　Design of the automatic control process

該系統(tǒng)將對所監(jiān)測參數(shù)進行綜合分析，如果分析結(jié)果滿足空抽條件，上位機將發(fā)送電機停止指令，停止

電機運行并且進入定時狀態(tài)，從而避免發(fā)生空抽事件。當定時結(jié)束后，繼續(xù)采集各種參數(shù)信息，如分析結(jié)果滿足條件，則自動啟動電機，抽油機恢復(fù)正常抽油狀態(tài)。當電機運行出現(xiàn)異常情況或其他需要人工操作的情況時，系統(tǒng)可按需求直接停止運行電機，將控制方式由自動切換為手動，隨時控制抽油機啟停。這將大大降低因不確定因素導(dǎo)致抽油機井安全事故發(fā)生的概率，從而達到自動控制油井啟停、提高采油效率的目的[7]。

3　結(jié)束語

油井自動化監(jiān)控系統(tǒng)利用ForceControl6.1組態(tài)軟件平臺，實現(xiàn)了集油井參數(shù)采集、監(jiān)測與自動控制于一體的功能。該控制系統(tǒng)開發(fā)成本低，兼容性、實用性強，界面形象生動，操作簡便。應(yīng)用該系統(tǒng)，理論上能夠?qū)崟r、準確地控制油井抽油機的啟停，從而有效避免間歇井低效和無效空抽，大幅度提高間歇井采油的效率，節(jié)約能源，降低采油成本及風(fēng)險。

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[7] 張文明.組態(tài)軟件控制技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2006.

DesignoftheAutomaticMonitoringSystemforOilWell

AccordingtothecurrentsituationofexistingintermittentandswitchingwellcontrolregulationandauxiliaryequipmentinLonghuPaooperationalarea,asetofautomaticmonitoringsystemforoilwellisdesignedbasedonconfigurationtechnology.Thesystemvividlyreflectsvariousparametersofpumpingunitsbyconfigurationinreal-time,andintelligentandeffectivecontrolofpumpingunits,startupandshutdown,throughthecontrolprogram;soastoachievethegoalofsafeproduction,improvetheefficiencyofoilwellproductionbyeffectivelypreventnullpumpingandotherproductionaccidents.

IntermittentwellProductionmonitoringControlsystemAutomationIntellectualizeRealtimeConfigurationDataacquisition

康桂瓊(1984—)，女，2013年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣測控專業(yè)，獲碩士學(xué)位，助理工程師；主要從事自動化節(jié)能控制方向的研究。

TH-39;TP27

A< class="emphasis_italic">DOI

:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201610015

修改稿收到日期：2016-05-06。