單井數據采集技術在有桿泵數據及功圖采集中的應用

摘? 要：“采油單井數據采集系統”是針對油田生產需要，十年精心打造的有桿泵數據及功圖采集和處理、單井產液量計算的高性能單井數據采集系統。秉承安控“卓越品質，源于更高要求”的核心理念，系統具有安全可靠、操作簡單、維護方便，可適應惡劣環境等特點。

關鍵詞：采油井;數據采集

示功圖是油田對油井實施管理的重要依據，是油田的一項經常性的檢查項目。快速準確方便地獲取功圖對于及時了解油井產油狀態和抽油機的工作狀態，及時發現卡桿、斷桿等故障，保持采油產量、減少電量消耗都具有非常重要的意義。但采油設備的主要部件（油泵和光桿等）都位于地下，人們無法直觀知道它們的工作是否正常。借助于示功圖（抽油機負荷與抽油桿位移的關系曲線），可以判斷出采油設備工作及供油情況是否正常，以便對非正常油井進行及時的停機作業，減少設備的無效磨損，節約無效的電能消耗，保證其工作在最佳狀態。

系統以油井“功圖法量油技術”為核心來解決單井產液量計算。油井功圖法量油技術把有桿泵抽油系統視為一個復雜的三維振動系統，首先采集抽油機井地面示功圖，應用桿柱、液柱和油管三維振動數學模型求解，得到井下各級桿柱功圖和泵功圖，然后對泵功圖進行識別分析并計算油井產液量。

“采油井數據采集系統”由單井數據采集器、通訊系統、軟件系統三部分組成。系統結合了采油工程技術、自動化儀表技術、通信技術和計算機技術，具有油井自動檢測、實時示功圖、壓力、溫度等數據采集、油井工況診斷、產液量計量計算和查詢等功能。

系統能夠在無人值守的情況下實現油井的遠程實時監控，實現完備的生產數據統計分析，及時掌握油井的動態變化，提高油田生產效率，保證安全生產，提高經濟效益。

1.采油井數據采集器

采油井數據采集器既可獨立工作，也可方便地聯入控制網絡實現遠程遙測，形成SCADA系統，它由RTU、傳感器、手操器等組成。RTU結合負荷傳感器、角位移傳感器或位置開關便可實現示功圖采集。無線負荷傳感器：負荷傳感器是專用于測試抽油機抽油桿所受壓力的專用設備。通訊協議符合IEEE802.15.4標準，無線芯片采用單片低成本低能耗的RF收發芯片。角位移傳感器（適用于游梁式抽油機）：角位移傳感器是專用于測試游梁式抽油機抽油桿位移的設備。位置傳感器（適用于懸梁式抽油機）：位置開關采用穩定可靠的霍爾器件制作，是專用于測試抽油機示功圖時計量抽油桿位移的專用設備。手操器：通過手操器現場顯示示功圖，現場讀取、設定工作參數，可本地讀取RTU保存的數據，上傳到軟件系統。

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2.通訊系統

系統支持GPRS通訊，數據傳輸流程：現場采集數據-現場RTU（編碼）GPRS發送-公網-信息中心-轉傳未解碼數據包-局域網-處理和應用服務器-網絡終端用戶。

GPRS網絡臨時中斷或其它原因造成信息中斷，影響數據傳輸時，RTU會對采集數據進行臨時存儲，并在網絡恢復后系統主動讀取RTU的數據。存儲空間保證至少3天數據采集量。

系統還支持移動存儲監測方式，適用于因條件所限，井口RTU不能與中控室通訊的狀況。工作方式為現場人員用單井數據采集器配套的附件手操器，采用短距離無線技術在現場將各RTU存儲的數據采集到手操器然后轉存到中心控制室進行數據分析，產液量計算等操作。

系統結構圖：采油井數據采集器既可獨立工作，也可方便地聯入控制網絡實現遠程遙測，形成SCADA系統。

3.軟件系統

“單井數據采集系統”是針對油田生產而開發的集數據采集顯示、數據分析存儲、輔助管理、WEB發布功能的專用一體化軟件系統。系統設計遵循“簡單實用、經濟高效”的原則，軟件自動化程度高，實時采集、實時計算、實時發布。系統實現了油井產液量的自動計量、油井產液量的查詢和油井運行監控，油井生產狀況、功圖、產液量曲線展示，實現單井生產信息的數字化處理。油井的示功圖、產液量、壓力等生產數據可以隨時提取，管理人員可以及時發現油井的異常情況并采取措施。

軟件系統的設計以簡化地面計量流程和提高系統效率為目標，是油田自動化和生產分析設計工作有機的結合，從而為油田地面工藝系統的優化設計提供強有力的技術支撐。系統功能如下：現場工藝仿真：單井量油控制器實時采集現場數據，監視現場設備生產狀態，模擬現場工藝流程。功圖采集：實時采集地面功圖，可根據現場要求靈活設定功圖刷新頻率;與抽油機基本數據結合，計算出井下泵功圖，更真實的反應井下實際情況。功圖分析：可按時間順序對每個井口進行功圖疊加對比，直觀得出井口功圖的變化趨勢;可以診斷出供液不足、自噴等井口工況。產液量計算：系統以油井“功圖法量油技術”為核心來解決單井產液量計算，計量算法有很強的適用性，油井生產后期階段的間歇出油、間抽工作和井況變化較大的情況下，同樣能夠適用。安全功能：系統根據功圖可自動判斷斷桿、卡桿等故障;同時監測負荷、壓力等參數，異常時主動產生聲光報警，保證系統生產安全。統計、分析功能：生成單井產液量的曲線，方便工作人員觀察單井產液量的變化，可以設定站、層位、區塊等的地質統計信息。定制查詢功能：用戶可定制查詢條件，對數據進行查詢，如設定查詢產液量波動比較大的不正常井;油套壓變化較大的井等操作，查詢輸出支持曲線、報表、餅圖等方式，方便打印。提供標準數據庫接口：可方便與其它系統共享數據;海量信息存儲：歷史數據長期存儲，油井生產日志支持工程師對日常生產決策分析;高效的WEB發布功能：無論企業內部局域網還是互聯網都可以實時發布數據。

4.結論

4.1功圖法計量技術使油井產液量連續計量成為現實;

4.2在線功圖給出的油井診斷結果，為現場生產工礦分析和管理提供了有力的保證;

4.3改變了傳統的油井計量方式，能夠簡化地面計量流程，降低油田開發投資;

4.4生產現場遠程自動數據采集和分析，減少交通車輛配備數量和運行時間，降低生產運行費用;提高勞動生產率，減少生產管理人員，改善工人的勞動環境;

4.5對抽油井進行生產分析、優化和決策，減少停產時間，提高油井生產時率;

4.6自動化測控系統與分析優化決策系統聯用，提高油田科學化管理水平和系統效率。

參考文獻

[1]? 佟允憲等，孔板在兩相流中的相分離效應與兩相流濕度測量。清華大學學報，Vol.31，No.3，1991：12-16

[2]? 佟允憲等，利用節流裝置噪聲測量兩相流的理論模型。清華大學學報，Vol.32，No.6，1992：13-17

作者簡介：張威（1976-），男，2015年中國石油大學（華東）畢業，工程師，長期從事稠油熱采開發工作。