康桂瓊　李欣嶸　張　金

(大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠1,黑龍江 大慶　163853；廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動(dòng)化工程有限公司2，河北 廊坊　065000；中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司國(guó)際事業(yè)部3，北京　102200)

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油井自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

康桂瓊1李欣嶸2張金3

(大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠1,黑龍江 大慶163853；廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動(dòng)化工程有限公司2，河北 廊坊065000；中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司國(guó)際事業(yè)部3，北京102200)

根據(jù)龍虎泡作業(yè)區(qū)現(xiàn)有的間歇井開關(guān)井制度及配套設(shè)備現(xiàn)狀，基于組態(tài)技術(shù)，開發(fā)了一套油井自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)組態(tài)的方式，實(shí)時(shí)、生動(dòng)地反映了抽油機(jī)井的各項(xiàng)參數(shù)；通過(guò)程序智能、高效地控制抽油機(jī)啟停，有效防止了油井空抽和其他生產(chǎn)事故的發(fā)生，達(dá)到了安全生產(chǎn)、提高油井生產(chǎn)效率的目的。

間歇井生產(chǎn)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)自動(dòng)化智能化實(shí)時(shí)組態(tài)數(shù)據(jù)采集

0　引言

隨著龍虎泡作業(yè)區(qū)單井采油產(chǎn)量的逐年遞減，采油成本不斷攀升。如何解決低產(chǎn)井、挖潛增效井等存在的間抽問(wèn)題，提高生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，已成為作業(yè)區(qū)的重點(diǎn)研究課題之一。

目前，在龍虎泡作業(yè)區(qū)的油井生產(chǎn)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，現(xiàn)有的自動(dòng)化軟件只能實(shí)現(xiàn)對(duì)間歇油井的壓力、溫度、電流、電壓、位移、動(dòng)液面深度等參數(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)，并不能集油井參數(shù)采集、監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化控制等功能于一體。尤其是控制系統(tǒng)軟件對(duì)間歇井抽油機(jī)的遠(yuǎn)程啟?？刂疲^大多數(shù)仍是根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的具有固定啟停時(shí)間的開關(guān)井制度，而不是根據(jù)油井實(shí)際供液狀態(tài)參數(shù)的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的智能化控制。這樣抽油機(jī)易處于相對(duì)半抽或空抽狀態(tài)，易造成生產(chǎn)事故、增大采油風(fēng)險(xiǎn)、降低生產(chǎn)率、浪費(fèi)能源。通過(guò)對(duì)各間歇油井多種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而智能化地對(duì)抽油機(jī)啟停時(shí)間進(jìn)行精確自動(dòng)控制，已成為間歇井提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗的重要方法。

通過(guò)所設(shè)計(jì)開發(fā)的基于組態(tài)技術(shù)的間歇油井自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)油井各工作參數(shù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)與處理，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)、自動(dòng)識(shí)別抽油機(jī)工作狀態(tài)(空抽或滿抽)、自動(dòng)發(fā)送指令遠(yuǎn)程控制抽油井電機(jī)停止或啟動(dòng)，進(jìn)而減少或避免其低效和無(wú)效空抽，從而大幅度提高間歇井采油效率、降低采油成本及風(fēng)險(xiǎn)。

1　油井監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)作業(yè)區(qū)的油井分布情況及現(xiàn)有的硬件配套體系，本監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。油井現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)信息后，將其以串口通信的方式傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的無(wú)線通信模塊；無(wú)線通信模塊利用基站，將所采集的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)端[1-2]；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過(guò)Internet或局域網(wǎng)接收數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)交換處理后，傳至與其相連接的計(jì)算機(jī)上，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行查詢、分析、處理與控制。

圖1　油井監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1　Structure of the monitoring system for oil well

1.2油機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

基于龍虎泡現(xiàn)有的硬件系統(tǒng)配套設(shè)施及抽油機(jī)井采油工藝流程，能夠監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息主要包括壓力、溫度、角位移、動(dòng)液面深度、三相電流、負(fù)荷等。抽油機(jī)井井口自動(dòng)化系統(tǒng)主要由井口傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、控制柜、現(xiàn)場(chǎng)總線和無(wú)線通信器組成。因此，所設(shè)計(jì)的油井監(jiān)控系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖2所示。

圖2　硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)圖Fig.2　Design of hardware architecture

傳感器將采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，將其傳至數(shù)據(jù)采集模塊中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、放大，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊發(fā)送至上位機(jī)，對(duì)其實(shí)時(shí)采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)與分析顯示，最后由上位機(jī)軟件根據(jù)監(jiān)測(cè)參數(shù)反饋信號(hào)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)的控制器，智能化地啟停電機(jī)[3]。這樣就建立起各傳感器、控制器與監(jiān)控軟件系統(tǒng)的連接。

1.3監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

ForceControl6.1力控組態(tài)軟件利用其專用I/O接口與相關(guān)硬件進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及過(guò)程控制功能的專用軟件。該軟件圖形界面豐富，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持和完整的網(wǎng)絡(luò)冗余及軟件容錯(cuò)解決方案，并且便于監(jiān)控系統(tǒng)的通信集成[4]。

女人記得后來(lái)兩人在一起做愛(ài)的時(shí)候，男朋友總是壓在她的身子上說(shuō)那句話，虎吃牛，虎吃牛呀。男朋友還趴在她耳根處問(wèn)她，你愿意讓我吃嗎？女人滿臉通紅地說(shuō)愿意，你想什么時(shí)候吃就什么時(shí)候吃。男朋友就說(shuō)吃你一輩子，男朋友的話說(shuō)過(guò)幾次便把女人說(shuō)得淚流滿面，她很小父母親便離異了，她是靠姐姐微薄的工資讀完大學(xué)的呀，能有了一個(gè)男人呵護(hù)她、愛(ài)她這還不是福氣嗎？

該油井監(jiān)控系統(tǒng)基于ForceControl6.1力控組態(tài)軟件開發(fā)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)抽油機(jī)井監(jiān)控軟件的功能需求分析，監(jiān)控軟件主要可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采油井工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與仿真、遠(yuǎn)程控制、曲線繪制、數(shù)據(jù)報(bào)表及報(bào)警記錄的生成等功能[5]。

1.3.1監(jiān)控主界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用力控組態(tài)軟件，建立抽油機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)。在油井井下液柱內(nèi)，深色液柱表示動(dòng)液面的變化深度。其可清楚地顯示出各傳感器及儀表的具體安裝位置及其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)。因此，工作人員可直觀地通過(guò)界面中各參數(shù)的運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)工況并進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。該監(jiān)控系統(tǒng)為抽油機(jī)井采油生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)及控制提供了生動(dòng)、直觀的數(shù)據(jù)信息。

1.3.2實(shí)時(shí)曲線與歷史曲線模塊

實(shí)時(shí)曲線模塊通過(guò)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，依據(jù)時(shí)間的變化而繪制。該模塊能夠?qū)崟r(shí)反映抽油機(jī)井各監(jiān)測(cè)參數(shù)值在采油作業(yè)中的變化趨勢(shì)；可單獨(dú)查看一條曲線，亦可同時(shí)查看多條曲線。該模塊還可以根據(jù)位移、負(fù)荷變化單獨(dú)繪制出示功圖，無(wú)需專業(yè)人員親自上井落實(shí)工況，降低了人工勞動(dòng)力強(qiáng)度，更便于技術(shù)人員對(duì)油井工況的分析。

歷史曲線模塊則反映了監(jiān)控系統(tǒng)某一指定歷史時(shí)間內(nèi)的各監(jiān)測(cè)參數(shù)值的曲線變化情況。利用歷史曲線查詢模塊，可以查出異常情況發(fā)生的時(shí)間及可能引起異常情況的原因。

1.3.3數(shù)據(jù)報(bào)表模塊

報(bào)表模塊是將保存于力控DB數(shù)據(jù)庫(kù)或SQLSever2010第三方關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，以數(shù)值報(bào)表的形式顯示出來(lái)。該模塊可集中查看多口井的實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)，亦可單獨(dú)查看一口井的歷史數(shù)據(jù)，還可導(dǎo)出或打印報(bào)表。

1.3.4報(bào)警記錄模塊

該模塊對(duì)各監(jiān)測(cè)參數(shù)設(shè)置了不同級(jí)別的報(bào)警限值，當(dāng)采油生產(chǎn)過(guò)程中因出現(xiàn)異常情況而超出限值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄并彈出報(bào)警提示，以提醒管理人員及時(shí)對(duì)報(bào)警狀況進(jìn)行分析處理，以便使工況恢復(fù)正常。

2　自動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)

該油井控制系統(tǒng)通過(guò)組態(tài)軟件與控制模塊連接，分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制模式。組態(tài)軟件提供了大量豐富的控制模塊接口，如西門子PLC系列、三菱PLC系列等。當(dāng)控制模塊與組態(tài)軟件連接時(shí)，只需在組態(tài)中定義相應(yīng)的設(shè)備和I/O變量即可讀取設(shè)備內(nèi)部寄存器的值[6]，無(wú)需編寫程序讀取設(shè)備內(nèi)部寄存器的值，相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序已集成在組態(tài)中。這樣可縮短系統(tǒng)集成的時(shí)間，從而大幅提高集成效率。當(dāng)組態(tài)運(yùn)行時(shí)，軟件分析處理所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)后，發(fā)出指令即可實(shí)現(xiàn)其控制功能。其自動(dòng)控制流程如圖3所示。

圖3　自動(dòng)控制流程設(shè)計(jì)圖Fig.3　Design of the automatic control process

該系統(tǒng)將對(duì)所監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行綜合分析，如果分析結(jié)果滿足空抽條件，上位機(jī)將發(fā)送電機(jī)停止指令，停止

電機(jī)運(yùn)行并且進(jìn)入定時(shí)狀態(tài)，從而避免發(fā)生空抽事件。當(dāng)定時(shí)結(jié)束后，繼續(xù)采集各種參數(shù)信息，如分析結(jié)果滿足條件，則自動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)，抽油機(jī)恢復(fù)正常抽油狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)異常情況或其他需要人工操作的情況時(shí)，系統(tǒng)可按需求直接停止運(yùn)行電機(jī)，將控制方式由自動(dòng)切換為手動(dòng)，隨時(shí)控制抽油機(jī)啟停。這將大大降低因不確定因素導(dǎo)致抽油機(jī)井安全事故發(fā)生的概率，從而達(dá)到自動(dòng)控制油井啟停、提高采油效率的目的[7]。

3　結(jié)束語(yǔ)

油井自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)利用ForceControl6.1組態(tài)軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了集油井參數(shù)采集、監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制于一體的功能。該控制系統(tǒng)開發(fā)成本低，兼容性、實(shí)用性強(qiáng)，界面形象生動(dòng)，操作簡(jiǎn)便。應(yīng)用該系統(tǒng)，理論上能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地控制油井抽油機(jī)的啟停，從而有效避免間歇井低效和無(wú)效空抽，大幅度提高間歇井采油的效率，節(jié)約能源，降低采油成本及風(fēng)險(xiǎn)。

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DesignoftheAutomaticMonitoringSystemforOilWell

AccordingtothecurrentsituationofexistingintermittentandswitchingwellcontrolregulationandauxiliaryequipmentinLonghuPaooperationalarea,asetofautomaticmonitoringsystemforoilwellisdesignedbasedonconfigurationtechnology.Thesystemvividlyreflectsvariousparametersofpumpingunitsbyconfigurationinreal-time,andintelligentandeffectivecontrolofpumpingunits,startupandshutdown,throughthecontrolprogram;soastoachievethegoalofsafeproduction,improvetheefficiencyofoilwellproductionbyeffectivelypreventnullpumpingandotherproductionaccidents.

IntermittentwellProductionmonitoringControlsystemAutomationIntellectualizeRealtimeConfigurationDataacquisition

康桂瓊(1984—)，女，2013年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣測(cè)控專業(yè)，獲碩士學(xué)位，助理工程師；主要從事自動(dòng)化節(jié)能控制方向的研究。

TH-39;TP27

A< class="emphasis_italic">DOI

:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201610015

修改稿收到日期：2016-05-06。