長慶油田頁巖油中心站智能化管控技術(shù)研究與應(yīng)用

霍富永 王晗 朱國承 朱源 龐永莉 王斐

長慶工程設(shè)計(jì)有限公司

鄂爾多斯盆地長7 頁巖油資源量豐富、儲(chǔ)量規(guī)模大，是長慶油田二次加快發(fā)展新征程中重要的戰(zhàn)略接替[1-5]。近兩年來，長7 頁巖油效益開發(fā)模式基本形成，百萬噸級(jí)頁巖油示范區(qū)初具規(guī)模，形成了以嶺二聯(lián)、悅聯(lián)站、西十轉(zhuǎn)為骨架站，以悅聯(lián)站、南集站為總外輸出口的較為完善的地面集輸系統(tǒng)。長慶油田信息化建設(shè)始于20 世紀(jì)90 年代，伴隨油田開發(fā)業(yè)務(wù)需求不斷增長和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從分散到集中、從獨(dú)立到集成的轉(zhuǎn)變，取得了顯著成績[6-7]。長慶油田頁巖油地面數(shù)字化建設(shè)若按照常規(guī)建設(shè)方式站場用工需求量大，因此頁巖油地面智能化控制系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用亟待解決[8-10]，需通過持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新，以減員增效為目的，實(shí)現(xiàn)頁巖油效益開發(fā)。

1 開發(fā)特點(diǎn)

長慶油田頁巖油主要以長7 層開發(fā)為主，為實(shí)現(xiàn)工廠化作業(yè)，水平井采用大井組開發(fā)，初期采用水平井體積壓裂開發(fā)，后期地層壓力下降采用補(bǔ)充能量的開發(fā)方式。主要特點(diǎn)包括以下幾方面：①初期地層壓力高；②單井液量波動(dòng)大，放噴階段日產(chǎn)液為正常生產(chǎn)階段的幾倍；③井場液量大，大井組井?dāng)?shù)多，且液量大于超低滲透油田井場液量，遠(yuǎn)大于常規(guī)井場液量；④伴生氣資源豐富，初期氣油比高。

2 總體思路

結(jié)合頁巖油全生命周期開發(fā)方式（圖1），以水平井大井組為平臺(tái)，針對(duì)大井組、高氣油比，開發(fā)了油氣水綜合利用、全系統(tǒng)資源共享、多功能高效集成、地面系統(tǒng)智能化的頁巖油地面建設(shè)模式，創(chuàng)建了頁巖油開發(fā)地面建設(shè)示范區(qū)。

圖1 頁巖油全生命周期開發(fā)過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the whole life cycle development process of shale oil

頁巖油地面系統(tǒng)智能化建設(shè)以構(gòu)建頁巖油勞動(dòng)組織管理新架構(gòu)為目標(biāo)，以智能控制、橇裝集成、循環(huán)利用為核心技術(shù)，推行中心站與作業(yè)區(qū)合建管理模式，實(shí)現(xiàn)頁巖油示范區(qū)增儲(chǔ)上產(chǎn)、降本增效和安全、環(huán)保、綠色生產(chǎn)。在常規(guī)油田現(xiàn)有數(shù)字化技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合頁巖油布站模式（井口—增壓裝置—接轉(zhuǎn)站—聯(lián)合站），通過優(yōu)化站內(nèi)工藝流程，提高站場儀表自控水平，創(chuàng)建“平臺(tái)+中心站”的地面智能管控建設(shè)模式，實(shí)現(xiàn)井站的有人巡護(hù)、無人值守、集中管理、運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、事故緊急關(guān)斷、故障人工排除的智能化管控模式，有效減少現(xiàn)場操作次數(shù)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，減少操作人員，降低運(yùn)行成本，提高井站的管理水平。

3 智能平臺(tái)技術(shù)

結(jié)合頁巖油單井投產(chǎn)特點(diǎn)，采用連續(xù)油管、井下開關(guān)、寬幅電泵為主的高效排采工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速投產(chǎn)和一體化排采，滿足了初期高液量、高氣液比、井筒防磨的需求，壓后投產(chǎn)時(shí)間大幅下降。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測井底溫度和壓力，保障了井組間能量、液量、含水等系統(tǒng)平衡，最大化發(fā)揮水平井井組生產(chǎn)能力，最終實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)平衡采油。智能化高效排采控制技術(shù)示意圖如圖2 所示。單井三相計(jì)量流程如圖3 所示。頁巖油單井采油由抽油機(jī)舉升轉(zhuǎn)變?yōu)闊o桿舉升，計(jì)量方式隨之發(fā)生變化，采用單井三相計(jì)量技術(shù)替代功圖計(jì)量，準(zhǔn)確計(jì)量油、氣、水產(chǎn)量，為開發(fā)政策制定、調(diào)整提供依據(jù)。

圖2 智能化高效排采控制技術(shù)示意圖Fig.2 Schematic diagram of intelligent and efficient drainage control technology

圖3 單井三相計(jì)量流程示意圖Fig.3 Schematic diagram of single well three-phase metering process

4 站場無人值守技術(shù)

通過對(duì)頁巖油各類站場（聯(lián)合站、脫水站、接轉(zhuǎn)站、增壓裝置、返排液處理站）正常生產(chǎn)流程、事故流程、風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)、視頻監(jiān)控等進(jìn)行分析，最終形成以下幾項(xiàng)無人值守技術(shù)：

（1）正常生產(chǎn)流程無人操作、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)（圖4），主要包括加藥裝置液位連續(xù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程啟停；收球裝置超壓報(bào)警、溫度控制；緩沖罐連續(xù)液位監(jiān)測與泵連鎖液位超限停泵；外輸泵遠(yuǎn)程變頻調(diào)節(jié)流量，兩臺(tái)泵遠(yuǎn)程切換；注水站監(jiān)測進(jìn)、出壓差，根據(jù)壓差報(bào)警，人工反洗。

圖4 無人操作、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)流程圖Fig.4 Process flow of unmanned operation and remote monitoring technology

（2）事故流程應(yīng)急切換、遠(yuǎn)程關(guān)斷技術(shù)（圖5），主要包括緩沖罐后增加電動(dòng)三通閥，事故狀態(tài)時(shí)可遠(yuǎn)程切換至事故油箱；外輸泵出口安裝電動(dòng)球閥，實(shí)現(xiàn)緊急截?cái)啵磺逅捱B鎖高液位停加壓泵，低液位遠(yuǎn)程停注水泵、喂水泵；原水罐連鎖高液位停水源井泵、低液位停供水泵。

圖5 事故流程應(yīng)急切換、遠(yuǎn)程關(guān)斷技術(shù)示意圖Fig.5 Schematic diagram of emergency switching of the accident process and remote shutdown technology

（3）風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)遠(yuǎn)程操作、智能運(yùn)行技術(shù)（圖6），主要包括加熱爐遠(yuǎn)程啟動(dòng)前自動(dòng)強(qiáng)制通風(fēng)再遠(yuǎn)程點(diǎn)火；消防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與PLC 自動(dòng)控制相結(jié)合；事故油箱、沉降罐、凈化罐液位監(jiān)測遠(yuǎn)傳，代替人工上罐量油；伴生氣分液器自動(dòng)排液，避免人工直接接觸凝液。

圖6 風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)遠(yuǎn)程操作、智能運(yùn)行技術(shù)示意圖Fig.6 Schematic diagram of remote operation of risky operations and intelligent operation technology

（4）關(guān)鍵部位視頻監(jiān)控、闖入報(bào)警技術(shù)（圖7），主要包括裝置區(qū)及敏感點(diǎn)布置高清網(wǎng)絡(luò)前端，監(jiān)控范圍更全面、更可靠；遠(yuǎn)程智能抄表與裝置巡查等功能，生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻實(shí)時(shí)采集代替人工巡檢；站場闖入報(bào)警，裝置異常報(bào)警。

圖7 關(guān)鍵部位視頻監(jiān)控、闖入報(bào)警平面圖Fig.7 Layout plan of video monitoring of key parts and break-in alarm technology

（5）關(guān)鍵環(huán)節(jié)智能分析、自動(dòng)控制技術(shù)（圖8），主要包括設(shè)備前端利用PID 智能控制技術(shù)解決三相分離器進(jìn)液不均現(xiàn)象；設(shè)備后端利用含水分析儀判斷脫水效果，連鎖控制流程走向。

圖8 關(guān)鍵環(huán)節(jié)智能分析、自動(dòng)控制技術(shù)流程圖Fig.8 Flow chart of intelligent analysis of key links and automatic control technology

5 實(shí)施效果

頁巖油無人值守站建成后，促進(jìn)了中心站管理模式的轉(zhuǎn)變，基本生產(chǎn)管理單元縮減、勞動(dòng)組織架構(gòu)改革，實(shí)現(xiàn)扁平化管理，中心站立足聯(lián)合站（脫水站）合理規(guī)劃建設(shè)，避免重復(fù)建站。中心站智能化管控示意如圖9 所示，取消原設(shè)置在各站點(diǎn)的SCADA 監(jiān)控終端、視頻工作站，依托井區(qū)或接轉(zhuǎn)站建成遠(yuǎn)程中心監(jiān)控點(diǎn)——中心站，完善中心站SCADA 監(jiān)控、視頻終端配置，在中心站對(duì)所轄無人值守站及井場進(jìn)行集中監(jiān)控、操作[11]，形成了中心站模式下的無人值守、集中監(jiān)控、定期巡檢生產(chǎn)組織方式，盤活用工，減少前端駐點(diǎn)人員。

圖9 頁巖油中心站智能化管控示意圖Fig.9 Schematic diagram of intelligent management and control of shale oil central station

6 結(jié)束語

長慶油田長7 頁巖油地面建設(shè)以全生命周期開發(fā)的整體效益最大化為核心，突出采油、地面、運(yùn)行管理等各環(huán)節(jié)信息采集與智能管理技術(shù)運(yùn)用。通過生產(chǎn)管理一體化模式、工藝管理一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測、實(shí)時(shí)指揮、實(shí)時(shí)預(yù)警，將傳統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行體制轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能管控、定期巡檢的物聯(lián)網(wǎng)[12]管理新模式。大平臺(tái)部署促進(jìn)勞動(dòng)組織架構(gòu)變革，形成了智能化新型勞動(dòng)組織架構(gòu)，顛覆傳統(tǒng)的管理模式，百萬噸產(chǎn)量用工人數(shù)下降，單位用工成本大幅度下降。頁巖油示范區(qū)建設(shè)將繼續(xù)推進(jìn)智能化建設(shè)，以完善前端數(shù)據(jù)采集、強(qiáng)化中端自動(dòng)控制、深化后端智能應(yīng)用三個(gè)層面為主要內(nèi)容，攻關(guān)安全環(huán)保、生產(chǎn)運(yùn)行、技術(shù)管理、管理決策四個(gè)方面智能化應(yīng)用研究，打造智能化采油示范區(qū)。