井口智能防盜裝置的研制與試驗(yàn)

楊永剛，王少亭，鄭玉倩，雷寧橋，劉建升

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750001）

智能油化工程

井口智能防盜裝置的研制與試驗(yàn)

楊永剛，王少亭，鄭玉倩，雷寧橋，劉建升

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750001）

在油井生產(chǎn)過程中，由于井口的結(jié)構(gòu)分散、防盜性能不強(qiáng)等原因，導(dǎo)致從井口的取樣閥門、壓力表接頭等位置偷盜原油的現(xiàn)象時有發(fā)生。為了提高采油井口的防盜性能，研制并試驗(yàn)了刷卡式智能防盜裝置。該裝置是基于物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)研制，通過井口智能裝置與數(shù)字化平臺遠(yuǎn)程控制的方法，實(shí)現(xiàn)對取樣、更換壓力表、連接工藝接頭等操作進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。目前已安裝試驗(yàn)3口井，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，不僅操作簡單，防盜性能好，而且充分與數(shù)字化系統(tǒng)結(jié)合，提升了管理水平。

智能；三通球閥；遠(yuǎn)程控制

常規(guī)的采油井口安裝有壓力表、取樣閥門、堵頭等設(shè)備，由于結(jié)構(gòu)分散、防盜性能不強(qiáng)的缺點(diǎn)，不法分子從井口的取樣閥門、壓力表接頭處偷盜原油的現(xiàn)象時有發(fā)生。為了提高采油井口的防盜性能，采油三廠應(yīng)用了采油井口集成裝置、壓力表防盜接頭等多種防盜裝置，一定程度上提高了井口的防盜水平，但也存在取樣操作費(fèi)時、防盜裝置易被破解等問題。針對以上存在的問題，采油工藝研究所研制一種可利用數(shù)字化平臺遠(yuǎn)程控制的智能防盜裝置，有效提高了井口防盜水平[1，2]。

1 智能防盜裝置的結(jié)構(gòu)與原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

刷卡式智能防盜裝置主要由三通球閥、電磁鐵及射頻電路系統(tǒng)、壓力表等部分組成，信號輸出線與井場RTU連接，可在站控平臺上通過軟件遠(yuǎn)程控制井口的取樣、更換壓力表的操作。該裝置下面為法蘭連接，上面為DN50絲扣連接，安裝在采油樹的立管上（見圖1）。

圖1 智能防盜裝置結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

（1）取樣開閥：在請求處刷卡，紅燈亮起，上位系統(tǒng)接收到請求開閥信息，核對人員身份無誤后，下發(fā)開閥指令，綠燈亮起，在開閥處刷卡，轉(zhuǎn)軸自動彈出，再用專用手柄逆時針扳動90°，閥打開。

（2）關(guān)閥：將手柄順時針扳動90°，閥關(guān)閉（切記旋轉(zhuǎn)到位），按下轉(zhuǎn)軸停留5 s，轉(zhuǎn)軸自動鎖住，同時上位接收到閥已關(guān)閉信號，上位下發(fā)關(guān)閥指令。

（3）更換壓力表：在刷卡開門處刷卡，上位接收到更換壓力表指令，待核對人員身份后，下發(fā)開門命令，壓力表處的門自動打開，更換壓力表。操作完成后將門關(guān)閉，門自動上鎖，上位接收到門已上鎖信號，下發(fā)關(guān)門指令。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

刷卡式智能防盜裝置具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）功能集成。將取樣、測油壓等功能集成，同時具備；取樣口為DN50接口，可與掃線、熱洗等工藝接頭相連。

（2）具有遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)場防盜的雙重作用。刷卡后必須經(jīng)過數(shù)字化平臺遠(yuǎn)程確認(rèn)后，才能打開閥門取樣，如果刷卡后沒有站控平臺的確認(rèn)，則無法打開閥門，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)場防盜的雙重作用，可靠性較高。

（3）三通閥門的轉(zhuǎn)軸設(shè)計為隱藏式結(jié)構(gòu)。當(dāng)刷卡且數(shù)字化平臺遠(yuǎn)程確認(rèn)后轉(zhuǎn)軸自動彈出，完成取樣操作后，按下轉(zhuǎn)軸自動上鎖，具有較強(qiáng)的隱蔽性，有效的防止了暴力開閥和暴力破壞。

（4）壓力表防盜結(jié)構(gòu)獨(dú)特。壓力表安裝在該裝置的內(nèi)部，外部有鋼化玻璃防護(hù)罩，需要刷卡且遠(yuǎn)程確認(rèn)后，才能打開防護(hù)罩更換壓力表。

（5）裝置上面有指示燈，刷卡后有狀態(tài)顯示及站控反饋顯示，方便現(xiàn)場人員進(jìn)行觀察和操作。

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 三通球閥

利用三通球閥連接生產(chǎn)管線及取樣口，當(dāng)球閥轉(zhuǎn)動90°時，生產(chǎn)管線及取樣口均連通，當(dāng)球閥轉(zhuǎn)動180°時，取樣口連通，生產(chǎn)管線不通，此時為憋壓取樣。當(dāng)球閥關(guān)閉時，只有生產(chǎn)管線連通，油井正常生產(chǎn)（見圖2，圖 3）。

圖2 三通閥的結(jié)構(gòu)圖（球閥關(guān)閉狀態(tài)）

圖3 三通閥打開狀態(tài)（左：打開90°，右：打開180°）

2.2 電路設(shè)計

射頻刷卡電路主要由電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動板、電機(jī)控制板、刷卡線圈、通訊接口、存儲器、狀態(tài)指示燈等組成。防盜裝置內(nèi)電路輸出三種信號控制電機(jī)：脈沖信號主要控制電機(jī)運(yùn)作，方向信號主要控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)動，使能信號主要控制電機(jī)啟停。

防盜裝置外部電路輸出DO、DI（數(shù)字信號）接入到井口安控RTU上，上位軟件通過光纖、網(wǎng)橋等傳輸設(shè)備，連接到井口RTU，并向井口RTU下發(fā)控制指令，或讀取RTU信號狀態(tài)，判斷防盜裝置處于的開關(guān)或請求等狀態(tài)（見圖4）。

圖4 智能防盜裝置控制系統(tǒng)

2.3 遠(yuǎn)程控制設(shè)計

2.3.1 遠(yuǎn)程控制軟件 在站點(diǎn)的數(shù)字化平臺上編制控制軟件，具備遠(yuǎn)程控制閥門開關(guān)、記錄操作時間與次數(shù)等功能。

2.3.2 遠(yuǎn)程控制取樣 在請求處刷卡，待紅燈亮，請求成功；待監(jiān)控處驗(yàn)證身份確認(rèn)無誤后，在開閥處刷卡，綠燈亮起，在刷卡區(qū)刷卡，轉(zhuǎn)軸自動彈出；用專用手柄逆時針轉(zhuǎn)軸90°，閥門打開；取樣完成后，順時針轉(zhuǎn)軸90°，用手按下轉(zhuǎn)軸，等待5 s，閥門自動鎖住，閥門關(guān)閉。

2.3.3 遠(yuǎn)程控制更換壓力表 在取表處刷卡，燈亮；待上位同意取表后，用專用工具取下表蓋，更換壓力表；蓋上表蓋，將其旋轉(zhuǎn)至紅線對齊，表蓋自動上鎖。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用

目前已在3口油井安裝試驗(yàn)了刷卡式防盜取樣裝置。經(jīng)過在A1井90多天的取樣試驗(yàn)，取樣、觀察壓力等功能使用正常。通過現(xiàn)場刷卡和數(shù)字化遠(yuǎn)程授權(quán)的雙向控制，實(shí)現(xiàn)了對取樣過程的全方位監(jiān)控。

3.2 效果分析

經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用后，刷卡式智能防盜裝置具有以下效果：

（1）提高取樣操作效率。利用該裝置取樣時間為3 min～5 min，操作簡單，比常規(guī)的取樣方式節(jié)約15分鐘/次，減輕員工勞動強(qiáng)度。

（2）提升井口防盜水平。實(shí)現(xiàn)了對取樣、更換壓力表操作的遠(yuǎn)程監(jiān)控，有效提升了井口防盜水平。

4 結(jié)論

（1）刷卡式智能防盜裝置通過數(shù)字化平臺對油井取樣、更換壓力表等操作進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，有效提高了井口的防盜水平，同時解決了采油井口集成裝置取樣困難的問題。

（2）經(jīng)過多次改進(jìn)和試驗(yàn)后，目前該裝置的結(jié)構(gòu)和功能比較可靠，建議下步擴(kuò)大試驗(yàn)范圍，選擇5個井組全部安裝應(yīng)用，提升防盜和現(xiàn)場管理的水平。

［1］陳立萍，趙中文，李貴芳.井口防盜裝置的研究及應(yīng)用［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011，（7）：65.

［2］楊旭.油井井口防盜取樣裝置［J］.油氣田地面工程，2011，30（12）：94.

Development and test of intelligent anti-theft device for wellhead

YANG Yonggang，WANG Shaoting，ZHENG Yuqian，LEI Ningqiao，LIU Jiansheng
（Oil Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yinchuan Ningxia 750001，China）

In the oil production process,due to the structure of the wellhead dispersion,antitheft performance is not strong and other reasons,resulting from the wellhead sampling valve,pressure gauge joints and other positions to steal the phenomenon of crude oil has occurred.In order to improve the anti-theft performance of oil wellhead,we developed and tested the credit card intelligent anti-theft device.The device is based on the development of Internet of things RFID technology,through the wellhead swipe card and digital platform remote control method,to achieve the team sampling,replacement pressure gauges,connecting process joints and other operations for remote control.At present,there are three wells in the trial area of oilfield,and the field application is effective.It is not only simple in operation,good in anti-theft performance,but also fully integrated with digital system to improve the management level.

intelligent；three-way ball valve；remote control

TE938.2

A

1673-5285（2017）10-0103-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.10.027

2017－10-09

楊永剛，男（1984－），采油工程師，2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)，現(xiàn)在長慶油田第三采油廠采油工藝研究所工作，郵箱：yangyg_cq@petrochina.com.cn。