楊方勇 張亞斌 武海鵬 施亞明 張建平 張英帥

1．中國石油長慶油田公司第四采氣廠 2．中國石油西南油氣田公司

蘇里格氣田是低滲、低壓、低豐度的“三低”整裝氣田［1－2］，開發(fā)井網密度大、區(qū)域鉆井數(shù)量多。隨著氣井生產年限的逐年增大，產量逐年減少，低效井快速增加［3－5］，這對生產運行管理提出了巨大挑戰(zhàn)。采用人工間歇開關井的生產模式，相對于數(shù)量龐大的單井顯得力不從心，針對實際情況，如何平衡單井間歇生產與控制用工總量之間的關系是將要解決的難點問題，這一問題就為井口生產智能控制提供了很好的發(fā)展契機。智能控制就是根據(jù)生產條件對井口進行自動控制。本文著重闡述電磁閥生產智能控制［6－8］功能在氣井的運用。

1 智能控制基本原理

按照氣井生產規(guī)律制定適應的智能控制條件，對組態(tài)軟件進行智能程序設定（如圖1所示），當氣井生產狀態(tài)滿足設定條件時，組態(tài)軟件通過數(shù)傳電臺［9］向氣井RTU（遠程終端控制系統(tǒng)）發(fā)送控制指令，驅動井口電磁閥執(zhí)行開關井操作，實現(xiàn)氣井生產智能控制。在滿足常規(guī)數(shù)據(jù)采集基礎上，進一步開發(fā)了針對單井智能生產的套壓控制、時序控制、流量套壓復合控制3種控制類型，通過電磁閥的開關對氣井后期生產進行精細化管理。

圖1 電磁閥智能控制全局拓撲圖

2 智能控制在低產低壓井中的應用

當氣井進入生產后期，產能下降，數(shù)千口氣井為了保持氣井的正常生產需要對其進行間歇開關井操作［10］，這就對人員的現(xiàn)場操作產生了極大的困難，為了解決這一問題，結合氣井無線遠程傳輸系統(tǒng)［11］，實現(xiàn)生產智能控制。智能控制［12－13］的應用模式主要是通過組態(tài)智能控制程序對氣井電磁閥進行控制來達到間歇生產的目的，每當現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)滿足程序設定程序時電磁閥就執(zhí)行開關井操作。下面分別以蘇38－XXX、蘇37－XX和蘇39－XX－X井為例闡述3種智能控制模式。

2．1 時序控制在間歇井中應用

部分間歇井壓力下降較快，流量較小這就要求對它進行一定的時序控制來達到最佳的生產條件。下面就以蘇38－XX－X井為例，進行時序控制應用分析。

首先，確定智能控制程序是否準確執(zhí)行開關電磁閥命令，表1為具體數(shù)據(jù)。

表1 蘇38－XX－X井時序控制測試表

設置電磁閥條件為5min循環(huán)開啟關閉操作后，由表1可以看出智能控制程序能夠按照時序進行開關井操作。在此基礎上按照要求設定時序開關時間間隔24 h，經過現(xiàn)場應用，在時序開關井后出現(xiàn)套壓下降值與恢復值基本一直的情況，流量基本穩(wěn)定，肯定了時序控制最佳應用條件。

按照時序控制條件，從圖2中可以看出，電磁閥智能控制在15d時間里按照24h時間間隔很好地執(zhí)行開關井操作，壓力恢復及流量穩(wěn)定性都得到很好的調節(jié)，為間歇井長期穩(wěn)定生產提供了解決辦法。

2．2 套壓控制在間歇井中應用

圖2 蘇38－XX－X井動態(tài)曲線圖

由于間歇井大部分套壓較低，當套壓低于一定值時氣井產量將大受影響，因此對部分低產低壓井實施套壓壓力智能控制。首先做一個現(xiàn)場套壓控制測試，確保套壓控制準確性。以蘇37－XX井為例進行模擬測試：

設置電磁閥關閉條件為套壓小于5MPa電磁閥自動關閉。設置仿真條件后，當壓力低于設定值時電磁閥執(zhí)行關閉操作。觀察蘇37－XX井油壓緩慢上升、瞬時流量顯示為零，確認電磁閥完全關閉。

設置電磁閥開啟條件為套壓大于4MPa電磁閥自動開啟。設置仿真條件后，當壓力高于設定值時電磁閥執(zhí)行開啟操作。觀察蘇37－XX井油壓緩慢下降恢復正常、瞬時流量顯示3 800m3／d，確認電磁閥開啟。

套壓智能控制模擬測試達到預期效果后，按照氣井生產規(guī)律設定蘇37－XX井智能控制系統(tǒng)參數(shù)套壓大于5MPa電磁閥開啟，套壓低于4MPa電磁閥關閉。電磁閥智能控制與油套壓曲線變化曲線，由圖3可以看出在2012年6月7日、6月23日套壓下降至4MPa時，智能程序控制電磁閥進行關閉操作，管線切斷流量為0，完成控制環(huán)節(jié)。6月10日、6月25日套壓升高到4 MPa時，智能控制系統(tǒng)判斷壓力參數(shù)，遠程控制電磁閥進行開啟動作，管線正常運行，流量恢復。

圖3 37－XX井生產動態(tài)圖

2．3 流量套壓復合控制在間歇井中應用

在實際生產過程中，部分間歇井套壓較低，但是流量非常穩(wěn)定。這就給流量套壓復合智能控制提供了很好的條件。

以蘇39－XX－X井為例進行模擬測試智能控制系統(tǒng)準確性：

設置電磁閥關閉仿真條件：流量小于9 000m3／d電磁閥自動關閉。設置仿真條件后，當流量低于設定值時，電磁閥執(zhí)行關閉操作。觀察蘇39－XX－X井油壓緩慢上升、瞬時流量顯示為零，確認電磁閥完全關閉。

設置電磁閥開啟條件：套壓大于4MPa電磁閥自動開啟。設置仿真條件后，當壓力達到設定條件是，電磁閥執(zhí)行開啟操作。觀察蘇39－XX－X井油壓緩慢下降恢復正常、瞬時流量顯示9 600m3／d，確認電磁閥開啟正常。

在套壓流量復合智能控制模擬測試達到預期效果后，設定該氣井智能控制條件，日流量小于4 000m3時電磁閥執(zhí)行關閉動作，套壓高于4MPa時執(zhí)行開啟動作。實際運行控制曲線如圖4所示：6月21日該井流量低于設定值4 000m3時，智能程序控制電磁閥關閉，管線處于切斷狀態(tài)，油套壓開始升高，6月25日套壓高于4MPa，電磁閥按照設定程序自動打開，該氣井恢復生產，達到智能控制目的。

圖4 蘇39－XX－X井生產動態(tài)曲線圖

3 結論

從2008年開始經過4年的探索與改進，該功能已經在蘇里格氣田197口間歇井中推廣運行，通過運行結果分析表明該智能控制系統(tǒng)實用性好，可靠性高，應用前景廣闊。

1）運行穩(wěn)定。2012年電磁閥智能開關技術運用197口井，運行1年以來，總共執(zhí)行開關井操作1 867次，有效執(zhí)行命令1 798次，有效率99%，整體運行穩(wěn)定。

2）工作效率提高。按照原有的人工控制開關井，以每天有200口氣井遠程開關為例，每口井執(zhí)行開關時間為5min，至少需要2名工作人員每天工作8h的重復點擊工作，使用智能控制后完全取代了人工手動控制，只需要1名工作人員定期審核開關井狀態(tài)，工作效率提高8倍。

3）減少人工開關井作業(yè)。電磁閥智能開關技術從基本上解決了間歇井大量開關井作業(yè)的問題，按照傳統(tǒng)的開關井制度每天間歇井至少需要10輛車20人進行開關井作業(yè)100井／次，通過智能控制后只需要2～3人觀察開關井狀態(tài)和日常巡檢工作，節(jié)約了90%以上的人力。節(jié)約車輛費及人工費用170余萬元。

4）該功能的研究成功并投入實際應用，解決了間歇井開關控制的難題，也為蘇里格氣田后期數(shù)字化、智能化管理提供了技術支撐。

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