王尊天

(西安石油大學(xué),西安 710065)

1 數(shù)據(jù)采集存在的問題

示功圖是反映抽油機井工況的一個重要的質(zhì)量特性。目前油井管理中的大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)全靠人工采集,耗費大量的人力和物力,而數(shù)據(jù)的準確性則因采集人員的工作責(zé)任心而異。部分油井無法實現(xiàn)正常的井口資料采集及井下泵況的測試,影響油井的動態(tài)分析和日常管理,不能及時有效地對油井的工作情況進行分析和管理,影響油井的正常工作。采集的數(shù)據(jù)為非連續(xù)性數(shù)據(jù),因而對油井真實工作狀況無法準確地掌握,導(dǎo)致對油井的診斷時間拖得很長,因而降低生產(chǎn)效率,增加了采油成本。

隨著油田抽油機井自動化控制程度的日益提高,示功圖遠程監(jiān)測上傳是不可缺少的一項內(nèi)容,光桿載荷信號傳輸線的接觸質(zhì)量直接影響到示功圖的上傳成功率。普通載荷傳感器安裝于抽油機井光桿的懸繩器上,信號經(jīng)過有線傳輸與位移信號合成示功圖,由于抽油機油梁長期上下運行,接線易折斷,插頭易松動,上傳示功圖信號易失真,從而影響示功圖的上傳質(zhì)量,系統(tǒng)的可靠性不高,影響部分油井工況的正確分析、判斷,不能滿足當前油田數(shù)字化管理的需要。

2 遠程視頻巡控方案

遠程視頻巡控系統(tǒng)如圖1所示,系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)如圖2所示,主要由四個子系統(tǒng)組成:工況監(jiān)控子系統(tǒng)、計量分析優(yōu)化子系統(tǒng)、遠程視頻監(jiān)控子系統(tǒng)(選裝)、網(wǎng)絡(luò)瀏覽子系統(tǒng)。首次采用了國產(chǎn)防盜型油井工況監(jiān)測儀,該方案采用 YD油井遠程監(jiān)測、液量自動計量及分析優(yōu)化系統(tǒng)成功地實現(xiàn)了由泵功圖來計算泵的有效排量進而折算成井口產(chǎn)液量的理論方法。它把RTU和各傳感器集為一體,安裝在抽油機光桿的懸繩器和方卡的中間,采集各傳感器的數(shù)據(jù),發(fā)給上位主機。通過主機上的遠程監(jiān)控軟件,與油田控制計算機相連,既可以調(diào)取油田計算機的歷史數(shù)據(jù),也可以直接發(fā)出命令,對油井進行實時測量控制,現(xiàn)場數(shù)據(jù)在計算服務(wù)器上進行分析處理,結(jié)果在授權(quán)的計算機上可以打印和瀏覽。

圖1 遠程視頻巡控系統(tǒng)

圖2 遠程視頻巡控系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

YD油井遠程監(jiān)測、液量自動計量及分析優(yōu)化系統(tǒng)是采油工程技術(shù)、測試技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng),具有如下功能:油井工況檢測,故障報警和控制保護,數(shù)據(jù)通信,數(shù)據(jù)管理,生產(chǎn)管理及遙控指揮,油井產(chǎn)量計量,油井生產(chǎn)系統(tǒng)分析與優(yōu)化決策,網(wǎng)絡(luò)查詢。

“示功圖法”計量技術(shù)通過計算機模型成功地實現(xiàn)了對泵功圖的識別技術(shù),可以準確地確定閥門的開啟、關(guān)閉四個關(guān)鍵點,描述出泵功圖的關(guān)鍵點、關(guān)鍵線和關(guān)鍵面積等的幾何特征,計算出產(chǎn)液量,并且準確地運用幾何特征、矢量特征、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法實現(xiàn)對泵功圖故障正確診斷。該技術(shù)的本質(zhì)是通過泵功圖來實現(xiàn)泵的有效排量計算,泵功圖故障正確診斷是油井工況分析的前提,正確的油井工況診斷是油井產(chǎn)液量計算的基礎(chǔ)。

3 硬 件

硬件系統(tǒng)由固定安裝在抽油機井井口的負荷、位移及電流傳感器、數(shù)據(jù)采集處理器和上位機管理系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)將傳感器與數(shù)據(jù)采集處理部分整合,形成一體化RTU井口計量裝置,放置井口進行長期監(jiān)測和計量,電源部分進行智能化管理,最大限度地降低功耗,節(jié)約電能。其主要功能是采集抽油機井的示功圖數(shù)據(jù),同時還可以采集到同一沖次內(nèi)的電流數(shù)據(jù),通過無線方式上傳到油井監(jiān)測系統(tǒng),形成曲線并存儲供生產(chǎn)分析使用。

硬件電路的工作原理:通過傳感器,電壓、電流被采進控制電路進行三部分處理。第一部分經(jīng)過放大、整流和濾波后,兩者與功率因數(shù)信號一起作為抽油機電動機工況的觀測信號送給單片機處理;第二部分經(jīng)過硬件電路分別取出各自的相位送給單片機,單片機處理后得出此刻電動機的功率因數(shù);第三部分是取同步信號,將電壓的某一相作為基準(一般以A相為準),晶閘管的控制信號都是以此為準進行控制輸出。

4 示功圖系統(tǒng)功能

根據(jù)抽油機的結(jié)構(gòu)特點,負荷傳感器安裝在光桿的提升座上,位移傳感器安裝在采油機曲柄軸上部。通過角位移的變量,將光桿的升降負荷量轉(zhuǎn)換為線性位移的曲線?，F(xiàn)場繪制示功圖的標準與專用測井儀器測出的示功圖完全吻合。

4.1 監(jiān)控功能

提供示功圖、電流圖的現(xiàn)實功能,滿足油井監(jiān)控的專業(yè)需要;利用無線電臺等通信手段,完成對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集;通過強大的數(shù)據(jù)存儲功能,便于對照和分析;根據(jù)用戶的不同需要,靈活地顯示各項記錄;利用軟件特有的動態(tài)加點功能,使系統(tǒng)具有更強的穩(wěn)定性,適合長期運行;系統(tǒng)可進行操作權(quán)限的設(shè)定,使整個操作更加安全。

4.2 動態(tài)修改油井號

利用組態(tài)軟件的動態(tài)加點功能,真正做到運行時動態(tài)增加、修改、刪除油井號,極大地提高了系統(tǒng)監(jiān)控運行的連續(xù)性和穩(wěn)定性。具有操作權(quán)限的操作工,可以很方便地增加、修改、刪除油井號,而不必再進行復(fù)雜地配置。

4.3 狀態(tài)查詢

系統(tǒng)可以自動定時查詢各油井的狀態(tài),也可以手動實時查詢。利用報表顯示各項參數(shù)值,并且能夠根據(jù)現(xiàn)場需要修改某些參數(shù)的設(shè)定值。可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為txt,csv等格式。

4.4 功圖數(shù)據(jù)顯示

利用油田主站無線監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件,可以靈活地顯示油井的示功圖、電流圖。系統(tǒng)提供定時采集(每天1～2幅)和手動實時采集兩種查詢方式,手動采集又可以分為采集一口井和采集多口井。

每次采集后都會生成一條帶有時間標簽的采集記錄保存在報表中,并可查詢顯示;對于時間較久遠的功圖可以通過歷史查詢,來得到一段時間的功圖、電流圖記錄,每一條記錄均可以手動刪除。在顯示功圖曲線的同時,會在報表中得到所有的功圖、電流數(shù)據(jù),并且可以將報表中的數(shù)據(jù)保存為文本文檔或者Excel文檔。各曲線均可以打印。

5 優(yōu)勢及效益分析

油井無線巡控系統(tǒng)用于完成對抽油電機參數(shù)、井口壓力、溫度、載荷等參數(shù)的監(jiān)測,采用無線數(shù)傳電臺的形式在油井與主站之間形成通信網(wǎng),將采集到的數(shù)據(jù)上傳到計量站或中心站,避免信息采集中因人為因素造成的損失;采集信息實時性強,能夠?qū)崟r掌握現(xiàn)場的生產(chǎn)情況,中心站根據(jù)檢測到的參數(shù)進行過載、欠載、停機等功能設(shè)置。

通過反復(fù)試驗,覆蓋半徑符合要求,所測的參數(shù)值符合技術(shù)指標要求,能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)報警等功能。目前近100臺數(shù)據(jù)采集及無線傳送裝置在采油廠運行良好。通過現(xiàn)場試驗及檢測,該系統(tǒng)設(shè)備運行穩(wěn)定﹑軟件功能完備﹑無線通信效果良好﹑監(jiān)測數(shù)據(jù)準確,達到了開題報告要求的驗收指標:提供了油田以采油隊為主站對計量間和抽油機井的無線監(jiān)測和數(shù)據(jù)實時采集及管理的通用系統(tǒng);配套設(shè)備及裝置達到開提報告的技術(shù)要求;建立的用戶應(yīng)用程序功能完善;數(shù)據(jù)刷新速率達30 s,采集實時數(shù)據(jù)誤差在5‰之內(nèi),通信成功率不小于99.5%。

隨著功圖量液技術(shù)在油田的成功應(yīng)用,證實了功圖量液的計算精度接近甚至超過一般量油技術(shù),很好地滿足了油井計量的需求,為某采油廠簡化地面流程的階段性成功做出了突出的貢獻。

為解決油田計量的難題,選出30口抽油機井安裝了YD油井遠程監(jiān)控、液量自動計量及分析優(yōu)化系統(tǒng),建立了“油田遠程量液示范區(qū)”。該項技術(shù)在功能上以油井單井產(chǎn)量計量為核心,輔以對油井進行工況監(jiān)測,對采集的數(shù)據(jù)進行分析診斷優(yōu)化,實現(xiàn)簡化地面流程的作用,同時,還實現(xiàn)提高油井系統(tǒng)效率的目的。

6 結(jié)束語

該方案實現(xiàn)了油井監(jiān)測的信息化,打破了傳統(tǒng)的油井管理方式。軟件本身特有的動態(tài)加點,一方面使增加、修改油井號變得極為簡單,節(jié)省了繁瑣的開發(fā)周期,另一方面保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。強大而靈活的示功圖組件,為油井的管理提供了可靠的依據(jù)。

油田遠程巡控系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)的監(jiān)控模式,以微電子學(xué)為基礎(chǔ),集計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體,油井區(qū)塊采用遠程控制系統(tǒng),信息采集準確、快捷,提高了資料錄取的準確率,極大地提高了采油廠動態(tài)分析的效率和質(zhì)量;為采油廠開發(fā)科學(xué)決策、優(yōu)化生產(chǎn)管理和日常生產(chǎn)的正常運行提供了保障;確保了安全生產(chǎn),減少了事故隱患和損失;同時達到使生產(chǎn)管理人員及早發(fā)現(xiàn)、解決生產(chǎn)故障,降低能耗,減少設(shè)備的磨損,提高勞動生產(chǎn)率的目的。鑒于目前國內(nèi)油井監(jiān)測的現(xiàn)狀,該方案具有巨大的推廣價值。

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