遠程智能開關井應用與分析

王小勇

中國石油長慶油田蘇里格南作業分公司（陜西 西安 710018）

隨著中國石油長慶油田蘇里格作業分公司（以下簡稱蘇南作業區）氣井持續生產，氣井逐漸出現積液情況，制定合理的開關井制度，最大程度地挖掘老井的潛能，成為氣井管理的一項重要工作[1-3]。在嚴格控制用工成本，生產氣井數量逐漸增多情況下，加快建設智能化氣田成為一種趨勢。對遠程開關井設備在井口應用進行論述分析，依托生產現場穩定高速的光纖網絡，利用遠程智能開關井設備實現氣井的的生產管理。利用先進技術來解決氣井管理問題[4]，做到隨時調整氣井生產制度，最大限度挖掘氣井潛能，減少人員用工成本。

1 應用測試

1.1 試驗目的

1.1.1 解決人工開井的工作量

2018 年冬季運行期間，作業區共進行161 口井499次間歇開關井工作，不但工作量大，增產效果由初期的日增產9×104m3減少至5×104m3左右。應用遠程智能開關井技術能有效解決人工開井的工作量。

1.1.2 有效解決氣井壓力恢復時機

目前蘇南作業二區205口氣井存在不同程度的積液現象，作業區目前的排水措施主要為間歇開關井和速度管柱，尤其是采取速度管柱的積液井的進一步增產措施僅為間歇開關井[5]。根據氣井產量、壓力恢復速度，隨時調整氣井間歇開關井制度。

1.2 試驗原則

1.2.1 選井原則

開展遠程智能開關井設備安裝，選擇積液情況不太嚴重、累計產氣量超過500×104m3、執行壓力恢復措施后超過10 MPa的氣井，氣井所在區域存在外協形勢較為嚴峻等問題。綜合考慮，經過初步篩選，選擇A、B井開展遠程智能開關井試驗。

1.2.2 現場條件原則

蘇南地區井口數據通過穩定高速的光纖傳輸至控制系統，井叢供電采取10 kV及風光互補供電2種模式，現有的通信及電力條件為井口技術改造、智能設備安裝提供了有利的條件。

1.3 試驗設備選取

1.3.1 井口改造

將裝置安裝于針閥上，通過直流無刷電機驅動針閥轉動進行開關井作業，配套智能生產控制器、角度傳感器，開度控制，開關井數據信號反饋，設定定壓開關井、定時開關井、常開常關井模式，從而提高生產效率，降低員工勞動強度，進一步提高氣井生產管理自動化水平[6]。

1.3.2 通訊方式

蘇南地區井口信號傳輸采用Modbus RTU 通訊協議，采取R485通訊方式。遠程智能開關井設備通訊方式應滿足現場工況，設備控制、供電線路連接井口RTU柜，實現設備供電、數據傳輸及遠程控制。

1.3.3 系統結構

針閥控制裝置是一種自動控制設備，它是由智能控制器、壓力傳感器、角度傳感器、驅動電機、減速器和相關機械結構等組成；它是配合針閥使用設計的專用設備，內設多種控制模式，包括定時模式、壓力模式、開度模式、暫停模式和手動控制模式。此外，智能控制器具有兼容ModbusRTU 協議的RS485 通信接口，可實現遠程操作。

1.3.4 設備工藝原理

將智能仿真開關裝置安裝于針閥上，壓力傳感器安裝于針閥上、下游，可實現針閥電動控制，提高生產效率，降低員工勞動強度，進一步提高氣井生產管理自動化水平。智能仿真開關裝置主要由電動執行裝置和壓力傳感器組成。電動執行裝置可根據設定定時、定壓控制模式開關井生產制度，自動執行開關井操作，可通過遠程操作實現針閥開、關控制，以及生產制度的設定。另外可以實現下游管線的超壓、低壓保護功能。

1.4 現場應用

1.4.1 四川自貢遠程人工智能開關井設備試驗

1）現場手持終端試驗階段。2017 年5 月13 日至5 月22 日，就該閥門現場手動強制開關、現場比例設置電動開井、現場電動關井及現場高壓差電動開井共計9井次的試驗，實現了現場自動開關井功能。

2）井口RTU 試驗階段。2017 年5 月24 日至6月3 日，通過井口RTU 機柜，使用電腦遠程控制，對該閥遠程通訊及控制系統進行了3次調試工作。

3）井叢RTU 試驗階段。2017 年6 月3 日至6 月15日，通過井叢RTU機柜添加、調試程序，對該閥遠程通訊及控制系統進行了5 次調試，實現了從井叢RTU到現場閥門的自動控制。

4）PKS站控試驗階段。2017年6月15日至6月18 日，通過蘇里格南C2 集氣站PKS 站控系統連接點位、添加界面，于6 月18 日完成集氣站至井口的通訊及控制功能調試，并在20：40由C2集氣站員工在站控平臺完成A井壓恢開井作業。

2019年1月29日，在前期四川自貢遠程開關井設備閥試驗基礎上，解決了設備內漏、無法完全關閉、無法執行暫停指令、控制電流要求過高等問題，安裝XX智能開關井設備并進行試驗。該閥可實現完全關閉、輕松打開，更加滿足生產現場工況，前期試驗測試數據見表1。

1.4.2 試驗效果

1）A井2013年11月9日投產，投產初期日產氣量2.728 4×104m3，2014 年7 月日產量降至0.217 7×104m3，氣井受積液影響間歇生產。2016年8月安裝速度管柱，措施后生產119 d，平均日產0.524 6×104m3，產量低于速度管柱臨界攜液流量，需要進行間歇生產，由于速度管柱摩阻較大，間歇生產效果不理想，該階段平均日產僅0.170 8×104m3。

2019 年1 月29 日，安裝智能開關井設備，根據生產數據判斷試驗井均為Ⅲ類井，目前生產制度為關24 h開8 h。措施后日產增至0.318 8×104m3，增產幅度達到86.6%，從初始試驗至今，累計減少人工開關井26次。

2）B 井2013 年11 月19 日投產，投產初期日產氣量2.262 9×104m3，2013 年12 月30 日產量降至0.499 8×104m3，氣井受積液影響間歇生產。

2016年8月安裝速度管柱，措施后生產18 d，平均日產0.502 0×104m3，產量低于速度管柱臨界攜液流量，需要間歇生產，由于速度管柱摩阻較大，間歇生產效果不理想，該階段平均日產僅0.075 2×104m3。

表1 正常運行時測試數據記錄

2019 年1 月29 日，安裝智能開關井設備，根據生產數據判斷試驗井均為Ⅲ類井，目前生產制度為關15 h開5 h。措施后日產增至0.206 9×104m3，增產幅度達到175%，從初始試驗至今，累計減少人工開關井19次。

1.5 經濟性評價

遠程開關井設備安裝過程中井口改造較小，設備拆除后可進行循環利用。根據A、B 井生產情況分析，安裝遠程智能開關井設備后，增產幅度分別到達86.6%、175%，按照設備每臺3 萬元計算，可在30 d 內收回設備成本。同時，按照較少人工開關井井次計算，減少車輛行駛公里數，降低外協糾紛頻次，可節約各項費用共計1.77萬元。

2 結束語

通過遠程智能開關井應用與分析，為后期該項技術的推廣應用提供了一定的基礎。將遠程智能開關井充分應用到氣井生產管理中去，實現了對氣井的產能挖潛，降低了人工成本，提高了氣井生產效率，氣井管理工作由過去的被動式變成主動管理。通過該項技術的應用，不僅節約人力，而且會大大提高管理的效率。良好的經濟效益，設計簡單、高可靠性、低成本的特點使得遠程開關井設備可以進行推廣應用。