油井在線監(jiān)控計(jì)量分析系統(tǒng)技術(shù)研究及應(yīng)用

1、油井在線監(jiān)控計(jì)量分析系統(tǒng)技術(shù)研究及應(yīng)用檀朝東 1，3 ，邵定波2，關(guān)成堯 3（1中國石油大學(xué) 石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2大港油田公司，天津 300280；3. 北京雅丹石油技術(shù)開發(fā)有限公司，北京 102200)摘要：本文論述了采用油井集群自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置與專門的油井計(jì)量分析軟件結(jié)合形成油井遠(yuǎn)程監(jiān)控液量在線計(jì)量分析優(yōu)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)以采油工程技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，具有油井工況數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、油井液量計(jì)量、油井工況診斷、系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)等功能。該系統(tǒng)已在大港、中原等油田先導(dǎo)性試驗(yàn)成功并推廣應(yīng)用，可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)油井工況，并可替代或簡化計(jì)量流程。關(guān)鍵詞: 油井 遠(yuǎn)程監(jiān)控 液量計(jì)

2、量 分析優(yōu)化 系統(tǒng)研發(fā) 推廣應(yīng)用1概 述油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)是在中石油股份公司積極倡導(dǎo)簡化優(yōu)化地面流程的前提下誕生的，既是集油井自動(dòng)化、信息化、石油工程分析優(yōu)化設(shè)計(jì)于一體的綜合性信息化平臺(tái)，也是提高油井系統(tǒng)效率，節(jié)能降耗，挖掘油井增產(chǎn)潛力的石油工程解決方案，同時(shí)也是油井遠(yuǎn)程故障診斷與優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)管理決策平臺(tái)。研發(fā)的YD系列油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)是以采油工程技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)1，具有油井自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制、實(shí)時(shí)示功圖、壓力、轉(zhuǎn)速、電參數(shù)等數(shù)據(jù)采集、油井液量計(jì)量、油井工況診斷2，3、系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)等功能。該系統(tǒng)形成了抽油機(jī)井“功圖法”產(chǎn)液量計(jì)量技術(shù)、油井遠(yuǎn)

3、程實(shí)時(shí)綜合故障診斷技術(shù)、電泵井“節(jié)流壓差法”產(chǎn)液量計(jì)量技術(shù)等幾項(xiàng)油井遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)計(jì)量關(guān)鍵技術(shù)，可以保證油井故障診斷符合率在90%以上，95%以上的油井計(jì)量誤差控制在10%以內(nèi)，而且能夠正確表現(xiàn)單井產(chǎn)液量的動(dòng)態(tài)變化。實(shí)現(xiàn)了以油井單井產(chǎn)量計(jì)量為核心，并輔以對(duì)油井進(jìn)行工況監(jiān)控，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷，實(shí)現(xiàn)簡化地面流程的作用同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)提高油井系統(tǒng)效率的目的。該系統(tǒng)可以替代或簡化油井計(jì)量流程，以降低油田產(chǎn)能建設(shè)投入和運(yùn)行成本。2 系統(tǒng)組成及功能該系統(tǒng)集先進(jìn)、成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)采集及傳感器、采油工程技術(shù)于一體，具有油井自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、電量遠(yuǎn)程抄表、油井液量計(jì)量、油井工況診斷優(yōu)

4、化設(shè)計(jì)等功能。2.1 系統(tǒng)的組成油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)是由硬件和軟件組成，主要由工況監(jiān)控、計(jì)量及分析優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控（選裝）4個(gè)子系統(tǒng)組成，如圖1所示。圖1 YD型油水井監(jiān)控、液量自動(dòng)計(jì)量及分析系統(tǒng)組成示意圖一口油井安裝1 臺(tái)RTU 和多個(gè)傳感器。這些傳感器均與油井RTU 相連接,對(duì)油井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行采集,反饋給上位監(jiān)控主機(jī),根據(jù)傳回的油井現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)和基本數(shù)據(jù)，應(yīng)用自噴井、電潛泵井、螺桿泵井、游梁機(jī)有桿泵井工況分析、產(chǎn)液量計(jì)算分析數(shù)學(xué)模型和軟件，對(duì)某口井的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析處理,計(jì)算各類油井的單井產(chǎn)液量,進(jìn)入生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)。系統(tǒng)信息流程如圖2 。圖2 油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控、在

5、線計(jì)量及分析系統(tǒng)信息流程圖2.2 系統(tǒng)的功能油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)具有油井自動(dòng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集、油井液量計(jì)量、油井工況診斷、系統(tǒng)效率優(yōu)化設(shè)計(jì)等功能。（1）油井工況采集功能 對(duì)自噴井、抽油機(jī)井、電潛泵井、螺桿泵井采集電量、電壓、電流、功率、載荷、沖次、沖程、井口壓力、油溫、生產(chǎn)時(shí)率、曲柄銷子、轉(zhuǎn)速、扭矩及巡井時(shí)間等生產(chǎn)參數(shù)。（2）故障報(bào)警功能 停電、停機(jī)、回壓異常、缺相及電流異常、抽油機(jī)抽空、防盜紅外監(jiān)控，曲柄銷松動(dòng)脫落。（3）控制保護(hù)功能 對(duì)油井間抽控制；缺相、三相電流不平衡、曲柄銷脫落自動(dòng)停機(jī)；遠(yuǎn)程啟?？刂坪烷_關(guān)井場(chǎng)照明燈；實(shí)現(xiàn)對(duì)油水井產(chǎn)/注液量的自動(dòng)計(jì)量控制。 （4）數(shù)據(jù)通訊功能

6、單井采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制器（RTU）與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；中控室采用無線寬帶/光纜網(wǎng)絡(luò)通訊方式實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。（5）數(shù)據(jù)管理功能 圖形方式實(shí)時(shí)顯示壓力、溫度、載荷、扭矩、電流、電壓、功率等各種生產(chǎn)參數(shù)及泵、機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)超限報(bào)警及設(shè)備故障報(bào)警，預(yù)測(cè)故障位置和故障原因并進(jìn)行相應(yīng)提示。（7）生產(chǎn)管理及遙控指揮自動(dòng)記錄巡井時(shí)間；與油田局域網(wǎng)數(shù)據(jù)共享；可以通過現(xiàn)有局域網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)上遠(yuǎn)端監(jiān)控油水井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行指揮。（8）油井產(chǎn)液量在線計(jì)量功能 在油井正常運(yùn)行期間，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)錄取，根據(jù)采集的壓力、轉(zhuǎn)速、地面示功圖、電參數(shù)等數(shù)據(jù)，應(yīng)用油井產(chǎn)液量計(jì)算技術(shù)，計(jì)算油井產(chǎn)液量，實(shí)現(xiàn)在無

7、人值守情況下能及時(shí)掌握油井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)變化情況。（9）油井生產(chǎn)系統(tǒng)分析與優(yōu)化決策功能 根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)井工況在線診斷、抽油井系統(tǒng)效率分析、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)等。（10）網(wǎng)絡(luò)查詢功能 通過IE瀏覽器和專用的視頻播放軟件，在油田信息網(wǎng)上可隨時(shí)瀏覽各油水井的各個(gè)監(jiān)控畫面、實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、液量計(jì)量、工況診斷、優(yōu)化設(shè)計(jì)等結(jié)果，查詢有關(guān)生產(chǎn)報(bào)表及分析結(jié)果。3 油井遠(yuǎn)程監(jiān)控量液及分析優(yōu)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用3.1 系統(tǒng)應(yīng)用總體情況2004年-2007年該系統(tǒng)在中石油大港油田、遼河油田、華北油田、中石化的中原油田等安裝了1000多口井，包括抽油機(jī)井、電泵井、螺桿泵井及自噴井等所有井型，節(jié)約投資和減少成本數(shù)千萬元，取得了較

8、好的經(jīng)濟(jì)效益。自2005年開始，大港油田先后建立了“西一轉(zhuǎn)”、“港淺8-6”、“棗園”油井遠(yuǎn)程在線計(jì)量及優(yōu)化分析系統(tǒng)技術(shù)示范區(qū)4-6。2006年在大港油田全面推廣應(yīng)用，其中港西油田所有的430口油井，包括抽油機(jī)井、電泵井、螺桿泵井及自噴井等所有井型，都應(yīng)用該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“單管集油”、“撤銷計(jì)量站”、 “部分撤銷摻水流程”、“地面管線串糖葫蘆”，“大大減少地面管線投資和維護(hù)成本”的目標(biāo)，地面管線布置從244公里減小到79公里，節(jié)約投資和減少成本數(shù)千萬元，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了原來“計(jì)量站-轉(zhuǎn)油站聯(lián)合站”三級(jí)布站向二級(jí)、一級(jí)布站新模式的轉(zhuǎn)變，開創(chuàng)了老油田地面流程簡化優(yōu)化的“港西模式”。

9、3.2 系統(tǒng)在大港油田的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況在大港油田的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)能夠24小時(shí)對(duì)油井進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、診斷分析、計(jì)量，準(zhǔn)確及時(shí)地反映了油井的工作情況。3.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油井生產(chǎn)參數(shù)該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有油井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，電壓、電流、油壓、油溫、理論泵排量、泵效等。如圖3所示。圖抽油機(jī)井實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)3.2.2 準(zhǔn)確進(jìn)行油井工況監(jiān)控和故障報(bào)警實(shí)時(shí)報(bào)警程序的主要功能是對(duì)油井工況監(jiān)控和故障診斷結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，見下圖4。安裝實(shí)時(shí)報(bào)警程序的任何計(jì)算機(jī)終端都能實(shí)時(shí)收到故障的語音、顏色、閃爍報(bào)警。油井工況監(jiān)控報(bào)警是對(duì)工況監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行報(bào)警,比如:停電、停機(jī)、油壓異常、缺相及

10、電流異常、皮帶打滑、防盜紅外監(jiān)控，曲柄銷松動(dòng)脫落等進(jìn)行報(bào)警。故障診斷結(jié)果報(bào)警是對(duì)基于泵功圖的特征診斷出的油井故障進(jìn)行報(bào)警,比如:抽油桿斷脫、供液不足、氣鎖、氣體影響、凡爾漏失、泵筒彎曲、完全泵阻等進(jìn)行報(bào)警。圖4 油井工況監(jiān)控和故障報(bào)警3.2.3 如實(shí)反映油井產(chǎn)液量的變化油井的功圖和產(chǎn)液量時(shí)刻是在發(fā)生變化的，以前只能關(guān)注定性變化，而現(xiàn)在用油井遠(yuǎn)程在線計(jì)量及優(yōu)化分析系統(tǒng)可以定量地反映油井產(chǎn)液量的變化。以西10-6井為例，在2007年9月15日，油井的時(shí)段產(chǎn)液量是在不斷地發(fā)生變化，從4:20的12.57方變化到23:21的2.8方；功圖也相應(yīng)地從比較飽滿到供液不足不斷地變化。而傳統(tǒng)的分離器玻璃管量油

11、只能取某一時(shí)間段的產(chǎn)液量代替整天的產(chǎn)液量，假如在6:20取樣計(jì)產(chǎn)7.55方替代整天產(chǎn)液量，這就與油井的實(shí)際產(chǎn)液量相差甚遠(yuǎn)。這套系統(tǒng)非常真實(shí)地記錄每一時(shí)段的產(chǎn)液量，從而可以求出油井一天的真實(shí)綜合產(chǎn)液量。如圖5所示。圖西10-6井時(shí)段產(chǎn)液量變化結(jié)論與認(rèn)識(shí)油井工況遠(yuǎn)程監(jiān)控在線計(jì)量分析系統(tǒng)通過在大港等油田的推廣應(yīng)用，證明它比傳統(tǒng)的非連續(xù)性量油方式更適合油田的生產(chǎn)管理。（1）自動(dòng)化程度高，減少生產(chǎn)管理人員，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率油井實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控生產(chǎn)管理由計(jì)算機(jī)控制，大大減少了工作人員上井次數(shù)，減少交通車輛的配備數(shù)量和工作時(shí)間，降低生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用。油井產(chǎn)量、效率軟件自動(dòng)計(jì)算分析，減少了油田生產(chǎn)技術(shù)管理人員，大大降低

12、了生產(chǎn)管理費(fèi)用，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。（2）故障自動(dòng)報(bào)警，減少停產(chǎn)時(shí)間，提高油井生產(chǎn)時(shí)率該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了油井故障計(jì)算機(jī)自動(dòng)化報(bào)警，生產(chǎn)管理人員可以隨時(shí)了解油井的生產(chǎn)情況以及設(shè)備的運(yùn)行狀況，在出現(xiàn)故障時(shí)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)警，使油井在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)，提高油井生產(chǎn)時(shí)率。（3）自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)與分析優(yōu)化決策系統(tǒng)聯(lián)用，提高了油田科學(xué)化管理水平和系統(tǒng)效率該系統(tǒng)將自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)與油井生產(chǎn)分析決策系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，測(cè)控系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)送入分析優(yōu)化系統(tǒng)做深層次分析并提交解決方案，使采集到的信息不僅滿足了資料求取的需要，更能為油井產(chǎn)液量計(jì)量、故障分析、優(yōu)化決策、減少投資、節(jié)能降耗、提高系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益服務(wù)。（4）改變了傳

13、統(tǒng)的油井計(jì)量方式，簡化了地面計(jì)量流程，降低了油田開發(fā)投資應(yīng)用以抽油機(jī)井功圖法量油技術(shù)為主導(dǎo)的油井在線計(jì)量方法，可逐步取代傳統(tǒng)的油井計(jì)量方法，確保油井產(chǎn)液量計(jì)量的可靠性、準(zhǔn)確性、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性，達(dá)到簡化地面計(jì)量流程，降低油田開發(fā)投資和運(yùn)行成本。參考文獻(xiàn)：1 檀朝東等.油水井遠(yuǎn)程監(jiān)控液量自動(dòng)計(jì)量及分析系統(tǒng).石油礦場(chǎng)機(jī)械. 2007，36(1):4952 2 SGGibbs and ABNeelyComputer Diagnosis of Down-Hole Conditions in Sucker-rod Pumping WellJPT December, 19663 TAEverittAn Improved Finite Difference Calculation of Down-Hole Dynamometer Cards for Sucker Rod Pumps SPE18189, 19894 唐慶等.抽油機(jī)井功圖法量油技術(shù)先導(dǎo)試驗(yàn).油氣井測(cè)試. 2006,15(5)：64655 史明義等