機(jī)采井舉升系統(tǒng)數(shù)字化管理探討

1、第 頁免責(zé)聲明：圖文來源網(wǎng)絡(luò)征集，版權(quán)歸原作者所有。若侵犯了您的合法權(quán)益，請作者持權(quán)屬證明與本站聯(lián)系，我們將及時更正、刪除！謝謝！機(jī)采井舉升系統(tǒng)數(shù)字化管理探討 摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，同時也推動了行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，在油氣田開發(fā)中也逐漸在應(yīng)用該技術(shù)。加大物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G技術(shù)、人工智能等在油氣田開發(fā)上的研究應(yīng)用力度，加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動數(shù)字化、智能化油氣田建設(shè)邁上新臺階。本文主要介紹基于電參數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機(jī)采井舉升系統(tǒng)上的應(yīng)用研究和探索，通過電參數(shù)的數(shù)字化采集、高效率傳輸、智能化分析和遠(yuǎn)程控制，最終達(dá)到數(shù)據(jù)集中處理、人員集中管理、運(yùn)行集中控制的數(shù)字化管理模式，達(dá)到扁平化管理效果，實現(xiàn)

2、多系統(tǒng)高效協(xié)調(diào)開展工作，提質(zhì)提效、減員增效的目的，有力的推動油氣田向數(shù)字化、智能化、智慧化方向發(fā)展。 關(guān)鍵詞：機(jī)采井；舉升；數(shù)字化 物聯(lián)網(wǎng)這一概念是由麻省理工學(xué)院Ashton教授于1999年最早提出的，其理念是基于射頻識別(RFID)、電子代碼(EPC)等技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)，即物聯(lián)網(wǎng)（IOT）。在IOT基礎(chǔ)上升級，將人、流程、數(shù)據(jù)和事物結(jié)合一起使得網(wǎng)絡(luò)連接變得更加相關(guān)、更有價值，即萬物互聯(lián)(IOE)。而機(jī)采井舉升系統(tǒng)數(shù)字化管理是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在石油開發(fā)開采過程中的具體應(yīng)用，通過實施機(jī)采井舉升系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)，機(jī)采井各類數(shù)據(jù)自動采集、處理與應(yīng)用，管理模

3、式轉(zhuǎn)型再造，信息系統(tǒng)整合升級，促進(jìn)管理組織模式和勞動組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升科學(xué)決策和管理水平，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，提高生產(chǎn)本質(zhì)安全。 1機(jī)采井舉升系統(tǒng)數(shù)字化技術(shù)背景 1.1油田發(fā)展。油田開發(fā)進(jìn)入特高含水后期，水驅(qū)、聚驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)三種驅(qū)替方式并存，抽油機(jī)、螺桿泵和電泵三種舉升技術(shù)并存，舉升配套技術(shù)復(fù)雜多樣，用工成本高（人工成本占操作成本比例達(dá)35.5%）不利于油田控本增效、可持續(xù)發(fā)展。為此統(tǒng)計了20112019年喇嘛甸油田成本變化趨勢（圖1）。1.2具體要求。1）集團(tuán)公司2019年領(lǐng)導(dǎo)干部會議，明確提出了科技創(chuàng)新方向上加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能同實體經(jīng)濟(jì)深度融合，努力建設(shè)智能油氣

4、田。2）集團(tuán)公司2019年基礎(chǔ)管理工作會議上，提出了要推動“金字塔”型向扁平化管理架構(gòu)轉(zhuǎn)變。要推動“油公司”模式建設(shè)與技術(shù)進(jìn)步、數(shù)字化、智能化深度結(jié)合，提高數(shù)據(jù)分析集成和遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動診斷、自動處理能力，打造適應(yīng)新型組織結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)模式的信息管理平臺與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，積極推行集中監(jiān)控、無人值守、有人巡檢、專業(yè)維修的現(xiàn)場作業(yè)模式。3）2020年初，戴厚良董事長在聽取國內(nèi)勘探與生產(chǎn)業(yè)務(wù)工作匯報的講話中，明確提出加強(qiáng)勘探開發(fā)夢想云平臺建設(shè)與應(yīng)用，完善油氣田配套建設(shè)方案，加大物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G技術(shù)、人工智能等研究應(yīng)用力度，加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動數(shù)字化、智能化油氣田建設(shè)邁上新臺階。綜上所述，開展機(jī)采井舉升系

5、統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)，實現(xiàn)數(shù)字化采集、自動化分析、智能化管控，最終實現(xiàn)智慧化油田管理模式，能夠提高機(jī)采井運(yùn)行效率，提升機(jī)采系統(tǒng)管理水平，最終實現(xiàn)提質(zhì)提效、減員增效的目的，對實現(xiàn)油田高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。 2機(jī)采井舉升系統(tǒng)數(shù)字化技術(shù)思路 提高機(jī)采舉升系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化程度的核心是現(xiàn)場數(shù)據(jù)自動化采集、數(shù)據(jù)信息高效率傳輸、后臺數(shù)據(jù)智能化分析、遠(yuǎn)程調(diào)控優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)。以存量立足改造；增量源頭開發(fā)設(shè)計智能控制柜，增加實現(xiàn)以電參為主的“工況診斷、能耗分析和遠(yuǎn)程控制”功能為原則，實現(xiàn)閉環(huán)控制管理，實現(xiàn)全時段、全工況機(jī)采井在線分析；實現(xiàn)分析結(jié)果精準(zhǔn)及時、真實性強(qiáng)的結(jié)果導(dǎo)向，達(dá)到提質(zhì)提效、減員增效的目標(biāo)導(dǎo)向。在數(shù)據(jù)自動采

6、集方面，由人工錄取向物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)測轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)數(shù)字化；在智能優(yōu)化決策方面，由人工診斷向自學(xué)習(xí)智能分析轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)智能化；在高效生產(chǎn)管控方面，由人工調(diào)控向自優(yōu)化調(diào)整控制轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)智慧化。1）現(xiàn)場數(shù)據(jù)自動化采集基礎(chǔ)是提高資料全準(zhǔn)率。根據(jù)現(xiàn)場資料采集的需求，保證資料錄取準(zhǔn)確度高，科學(xué)制全時段采樣頻次，確保合理高效。2）數(shù)據(jù)信息高效率傳輸。通過無線設(shè)備，實現(xiàn)無線組網(wǎng)傳輸。3）后臺數(shù)據(jù)智能化分析?；谥惺涂碧皆翰捎退峁┑碾妳⒛Ｊ礁吲浒娣桨笇崿F(xiàn)電參示功圖在線診斷、產(chǎn)液量計量、動液面計算、能耗在線分析。4）遠(yuǎn)程控制優(yōu)化參數(shù)。開發(fā)PC端軟件及手機(jī)端APP，實現(xiàn)智能互聯(lián)。最終以信息化為支撐、專業(yè)化為手段、數(shù)字化

7、為架構(gòu)，建立起油田指揮中心、采油廠調(diào)度中心、采油礦（作業(yè)）管控中心的智慧化管理模式，提高物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化程度工作框架見圖2。 3機(jī)采井舉升系統(tǒng)數(shù)字化技術(shù)原理 3.1基于電參數(shù)的數(shù)字化采集。根據(jù)機(jī)采數(shù)字化工程建設(shè)需求，主要采集10項數(shù)據(jù)，機(jī)采系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集分類終端設(shè)備配置及單價見表1。按照現(xiàn)場現(xiàn)有設(shè)備類型，分別配套相應(yīng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備完成單井設(shè)備升級，實現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的采集。變頻配電箱配套輔助監(jiān)測裝置智能組網(wǎng)模塊、無變頻配電箱配套整體監(jiān)測裝置、已有采集功能配套顯示交互單元智能組網(wǎng)模塊3。3.1.1電參數(shù)的采集抽油機(jī)井電參采集裝置通過電動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、曲柄位置傳感器對電動機(jī)運(yùn)行頻率、電壓、功率等參數(shù)實時采集。在

8、電動機(jī)上安裝電動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和在曲柄上安裝曲柄位置傳感器，實時掌握曲柄位置，建立以曲柄為坐標(biāo)的精確定位系統(tǒng)，標(biāo)定位置。其中電動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器實現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)角，速度變化及運(yùn)行方向的采集、曲柄位置傳感器實現(xiàn)曲柄位置及角度的監(jiān)測及采集4。而螺桿泵井可從原井控制柜中直接讀取電參數(shù)、扭矩和轉(zhuǎn)速；電泵井從原井控制柜中直接讀取電參數(shù)。3.1.2油套壓和回油溫度的采集。通過在井口安裝壓力傳感器及溫度傳感器，實現(xiàn)油壓、套壓及回油溫度的采集。3.2高效率傳輸?；赩PDN技術(shù)，配合無線設(shè)備，實現(xiàn)無線組網(wǎng)傳輸。油井現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集后打包，傳送到中石油唯一對公網(wǎng)的DMZ數(shù)隔離區(qū)，隔離區(qū)可無縫與中石油內(nèi)網(wǎng)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)接軌。接軌后，

9、還不足以支持生產(chǎn)監(jiān)控、分析的需求，因此，利用現(xiàn)有A2、A5數(shù)據(jù)，補(bǔ)充物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的不足，同時，為去除各種各樣的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，構(gòu)建大數(shù)據(jù)處理平臺，對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，去除冗余、修正錯誤，增強(qiáng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)可用性。該項技術(shù)具有三項技術(shù)優(yōu)勢：一是不需建立基站及搭設(shè)配套線路，一次性投入費(fèi)用低；二是多終端同時傳輸數(shù)據(jù)，不受障礙物遮擋，保障通訊效率；三是網(wǎng)絡(luò)采用無線加密形式，杜絕數(shù)據(jù)傳輸時外泄可能性。3.3智能化分析。油田生產(chǎn)過程中，存在分析、診斷、計量、決策等問題。有些問題通過現(xiàn)有的理論公式、人工分析達(dá)不到預(yù)期的結(jié)果。因此，引入新一代人工智能技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)、不同問題進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的建模學(xué)習(xí)。充分利用油田多年的積

10、累數(shù)據(jù)、將專家經(jīng)驗量化、挖掘數(shù)據(jù)關(guān)系、構(gòu)建不同的生產(chǎn)模型，輔助油田生產(chǎn)5-6。3.3.1基于電參示功圖的工況在線診斷。通過電動機(jī)有效功率，綜合考慮各傳動機(jī)構(gòu)效率，計算出懸點載荷，根據(jù)位置與載荷的對應(yīng)關(guān)系繪制電參采集裝置工作原理示意圖（圖3），在線診斷油井工況，并對泵況井、參數(shù)不合理井采取相應(yīng)治理措施。電參示功圖測試滿足機(jī)采井智能化建設(shè)需求。3.3.2基于電參示功圖的產(chǎn)液量計量。根據(jù)電參示功圖，考慮各種因素導(dǎo)致的沖程損失，計算出有效沖程，根據(jù)有效沖程求得每一個沖程產(chǎn)液量。錄取電參數(shù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)計算，形成電參示功圖，并根據(jù)彈性變形、泵漏失、氣影響、充滿度幾項參數(shù)，建立計產(chǎn)模型，得到有效沖程，計算累

11、計產(chǎn)量。3.3.3基于電參示功圖的動液面計算。根據(jù)示功圖平均載荷差值，計算出有效舉升液柱載荷，折算出有效舉升高度，再根據(jù)油壓套壓折算出動液面深度。該項技術(shù)具有三項技術(shù)優(yōu)勢：結(jié)合智能管控目標(biāo)，摸索油井定液面運(yùn)行方式；取消常規(guī)低壓測試，減輕了測試分析工作量；結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，可計算出系統(tǒng)效率，便于能耗的分析與管控。3.3.4基于電參數(shù)的能耗在線分析。利用能耗控制圖和單井電量，進(jìn)行能耗監(jiān)控和預(yù)警，查找原因，制定對策，精準(zhǔn)評價措施效果，實現(xiàn)閉環(huán)優(yōu)化管理。3.3.5基于電參數(shù)的螺桿泵井工況在線診斷和能耗在線分析。開發(fā)螺桿泵直驅(qū)物聯(lián)網(wǎng)控制柜，實施螺桿泵井?dāng)?shù)字化技術(shù)。通過采集的電參數(shù)，繪制電流、功率曲線，總結(jié)形

12、成典型工況曲線模板，進(jìn)而對工況和能耗實現(xiàn)判斷預(yù)警，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，對螺桿泵井生產(chǎn)制度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。實現(xiàn)提高運(yùn)行時率，避免抽空燒泵等現(xiàn)象。3.4遠(yuǎn)程調(diào)控物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建、人工智能分析模型，都是為了更好的輔助生產(chǎn)7。引進(jìn)新技術(shù)的同時，變革新的生產(chǎn)、管理、分析模式。新模式的載體就是平臺軟件，同時開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制PC端軟件及手機(jī)APP，實現(xiàn)終端在線遠(yuǎn)程優(yōu)化調(diào)控機(jī)采井生產(chǎn)參數(shù)，最終形成基于電參數(shù)的數(shù)字化管理模式8：通過油水井大數(shù)據(jù)平臺改變傳統(tǒng)的層級傳遞匯報，實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測、自動采集、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能，實現(xiàn)生產(chǎn)分析、生產(chǎn)管理、優(yōu)化決策的閉環(huán)管理，信息實現(xiàn)高質(zhì)、高效、多渠道互聯(lián)互通，達(dá)到扁平化管理效

13、果，實現(xiàn)多系統(tǒng)高效協(xié)調(diào)開展工作，實現(xiàn)提質(zhì)提效、減員增效的目的9。 4預(yù)期效果 4.1轉(zhuǎn)變管理模式。由以往層級傳遞轉(zhuǎn)為扁平化管理，實現(xiàn)了客觀、高效、多層級互聯(lián)互通；實現(xiàn)了無人值守、遠(yuǎn)程控制10。即金字塔型的層級管理與扁平化管理示意圖見圖4。以喇嘛甸油田喇南示范區(qū)為例，通過示范區(qū)的建設(shè)，實現(xiàn)數(shù)字化1531口井，覆蓋率93.5%，用工人數(shù)減少241人，降幅達(dá)到38.3%；人均管井?dāng)?shù)由2.6口增加到4.2口，增加1.6口，增幅達(dá)到61.5%；井均用人數(shù)由0.39人減少到0.24人，減少0.15人，降幅達(dá)到38.5%。4.2提高管理效益。創(chuàng)新了智能化管理體系，綜合管理平臺見圖5，提高了管理效益。實現(xiàn)區(qū)域

14、化管理和專業(yè)化維修的管理體系，擴(kuò)大管理區(qū)域，優(yōu)化管理職能，進(jìn)一步提高管理效益。以喇嘛甸油田喇南示范區(qū)為例，可節(jié)省用工成本3856萬元。4.3提高工作效率。1）實現(xiàn)了相關(guān)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)對接，完成與A2、A5數(shù)據(jù)庫的對接，使原來每天上萬條數(shù)據(jù)的人工采集、填報，轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣硬杉?、上傳，降低一線員工的勞動強(qiáng)度，提高工作效率。2）整合了多種應(yīng)用平臺。整合廠生產(chǎn)保障、井下作業(yè)、日常管理等在用平臺，提升專業(yè)化管理水平。4.4提高管理水平實現(xiàn)了機(jī)采井精益管理。數(shù)據(jù)真實可靠，優(yōu)化設(shè)計有據(jù)可依，提高治理對策的針對性；工況實時診斷，掌握油井運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合歷史變化預(yù)判發(fā)展趨勢，找出問題井潛力井；設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行，有效進(jìn)行能耗管

15、控，可實現(xiàn)節(jié)能10%30%，同時降低機(jī)泵等損耗；異常狀況報警，運(yùn)行時率提高2%10%，產(chǎn)量損失減少2%以上。 5幾點認(rèn)識 1）開展機(jī)采井舉升系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)，實現(xiàn)數(shù)字化采集、自動化分析、智能化管控，最終可以實現(xiàn)智慧化油田管理模式。2）開展機(jī)采井舉升系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)，能夠提高機(jī)采井運(yùn)行效率，提升機(jī)采系統(tǒng)管理水平，最終實現(xiàn)提質(zhì)提效、減員增效的目的，對實現(xiàn)油田高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。3）開展機(jī)采井舉升系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)采井精益管理，設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行，有效進(jìn)行能耗管控，可實現(xiàn)節(jié)能10%30%。4）開展機(jī)采井舉升系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)，為大聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G技術(shù)、人工智能等在油氣田開發(fā)上的研究應(yīng)用，為加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動數(shù)字化、智能化油氣田建設(shè)邁上新臺階夯實基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)： 1魏明，呂永杰，王海國，等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田企業(yè)的實踐J重慶科技學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2013（2）：154-158 2張德發(fā)，曹萬巖，尚禮，等大慶油田油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)深化應(yīng)用探討J油氣田地面工程，2020（10）：73-79 3任曉峰，首曉潔，吳寶祥，等蘇里格氣田井站數(shù)字化建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化J油氣田地面工程，2013（12）：69-70 4鄭飛，張會森，閆蘇斌，等抽油機(jī)數(shù)字化控制技術(shù)J天然氣與石油，2012（6）：67-69 5楊世海，高玉龍，鄭光榮，等長慶油田數(shù)字化管理建設(shè)探索與實踐J石油