王琪

摘 要：在新疆阜康白楊河礦區(qū)煤層氣排采過程中，自動化控制系統(tǒng)體現(xiàn)了在現(xiàn)場應(yīng)用的優(yōu)勢，能整合現(xiàn)場數(shù)據(jù)，根據(jù)煤層氣井生產(chǎn)的不同階段實(shí)現(xiàn)對井底流壓的不同形式控制。結(jié)合無線網(wǎng)橋和現(xiàn)場的自動化控制柜與視頻攝像頭實(shí)現(xiàn)對煤層氣井排采的遠(yuǎn)程全面掌握并實(shí)現(xiàn)井場的無人值守。論文詳細(xì)闡述該控制系統(tǒng)在此項(xiàng)目中的系統(tǒng)配置、控制關(guān)鍵點(diǎn)等。

關(guān)鍵詞：煤層氣井；自動化排采；井底流壓；套壓；無線網(wǎng)橋

中圖分類號：TE37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）11-0190-02

煤層氣排采即利用機(jī)械舉升設(shè)備將井筒內(nèi)的水舉升到地面，逐步降低井底流壓。隨著井底流壓降低，逐漸形成壓降漏斗并逐步向外擴(kuò)展，進(jìn)而逐步降低煤層的儲層壓力，迫使吸附在煤基質(zhì)孔隙內(nèi)表面的煤層氣被解吸，然后通過基質(zhì)孔隙的非達(dá)西滲流和擴(kuò)散到天然裂隙，煤層氣再從裂隙中滲流到井筒，從而被采出。

1 項(xiàng)目簡介

新疆阜康白楊河礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用先導(dǎo)性示范工程主要工作任務(wù)是在該區(qū)前期煤炭、煤層氣工作的基礎(chǔ)上，按照整體部署、分期實(shí)施、滾動開發(fā)的原則，在該區(qū)施工50口生產(chǎn)井、1組U型井，并進(jìn)行包括集氣管網(wǎng)、集氣處理站以及相配套的土建工程、輸氣管網(wǎng)、動力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)等工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)小規(guī)?；a(chǎn)和利用，最終建成年產(chǎn)能3000萬立方米的新疆第一個(gè)煤層氣開發(fā)利用示范基地。

2 項(xiàng)目需求

新疆阜康白楊河礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用先導(dǎo)性示范工程中，按照項(xiàng)目需求需要建立全套的煤層氣自動化排采控制系統(tǒng)，以求通過自動控制裝置對煤層氣排采實(shí)施精細(xì)化智能管控，實(shí)現(xiàn)煤層氣排采的連續(xù)、穩(wěn)定、長期，獲得穩(wěn)定高產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)井場的無人值守并減少人工巡井的次數(shù)。具體功能包括：

2.1 排采智能管控

2.1.1 煤層氣井管控模式

可設(shè)置手動就地模式和遠(yuǎn)程控制等管控模式。

2.1.2 排采制度

煤層氣自動化排采系統(tǒng)須在連續(xù)、緩慢、穩(wěn)定。長期的原則下實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)重要目標(biāo)：

井底流壓控制目標(biāo)：煤層氣井可以按照設(shè)定的井底流壓目標(biāo)自動調(diào)節(jié)沖次和產(chǎn)氣閥門開度進(jìn)行過程管理，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)自動實(shí)現(xiàn)目標(biāo)井底流壓。

套壓控制目標(biāo)：煤層氣井可以按照設(shè)定的目標(biāo)套壓自動調(diào)節(jié)閥門，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)自動實(shí)現(xiàn)目標(biāo)套壓。

2.1.3 報(bào)警及設(shè)備控制記錄

具備井底流壓、套壓、氣量、產(chǎn)水量、液面位置等煤層氣基本井排采參數(shù)的報(bào)警設(shè)置及提示功能；漏氣、卡泵、過流、抽油機(jī)停機(jī)等故障能做到自動報(bào)警；自動保存所有用戶的登錄信息及各種操作記錄，可查詢。

2.2 排采數(shù)據(jù)管理

2.2.1 采集數(shù)據(jù)

井底流壓、套壓、產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量、液位、電機(jī)運(yùn)行參數(shù)、管線生產(chǎn)參數(shù)、電參數(shù)、輔助系統(tǒng)參數(shù)等。

2.2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示及歷史數(shù)據(jù)查閱

井場控制面板能看見實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；中控室能做到井場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。數(shù)據(jù)查閱類型能做到支持各種時(shí)間段，包括：秒數(shù)據(jù)、分鐘數(shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)、天數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)顯示方式能包括曲線及圖表類型例如：排采參數(shù)曲線，及數(shù)據(jù)成表，并可按照要求格式導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

2.3 智能安防

主要包括高清井場狀況視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控、聲音嚇阻及遠(yuǎn)程喊話、夜間井場燈光照明遠(yuǎn)程控制。

3 排采自動控制系統(tǒng)具體實(shí)施方案

3.1 總體方案

排采自動控制系統(tǒng)由三部分組成：（1）井場排采控制系統(tǒng)，包括井場控制柜、井場儀表、地面通信系統(tǒng)；（2）服務(wù)器端應(yīng)用平臺，包括服務(wù)器軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)等；（3）排采中控應(yīng)用平臺，包括基于PC的排采中控軟件、移動端軟件。

為實(shí)現(xiàn)煤層氣排水、采氣，需要有各類排水泵和排采管控設(shè)備組成的排采系統(tǒng)。影響排采效果的主要因素包括：非連續(xù)性的排采因素、井底流壓控制因素、排采強(qiáng)度因素等。煤層氣排采自動化控制系統(tǒng)應(yīng)做到可實(shí)習(xí)連續(xù)平穩(wěn)、逐級降低井底流壓，控制排采強(qiáng)度，達(dá)到最佳的排采效果。

為了達(dá)到最佳排采效果井場需使用大量自動化排采管控終端設(shè)備主要包括：煤層氣排采自動控制柜、永久式井下壓力計(jì)、變頻器、電子套壓表、電磁流量計(jì)、氣體流量自動調(diào)節(jié)閥、功圖測試儀、無線網(wǎng)橋、紅外高清攝像頭、燈光、音響等。

3.2 單井自動化控制解決方案

對于煤層氣井單井自動化排采，首先要做到的是將井場的各個(gè)儀器儀表讀數(shù)統(tǒng)一接入到井場的煤層氣排采自動控制系統(tǒng)RTU中即煤層氣排采自動控制柜中。

本項(xiàng)目采用的MPC-100-Z型煤層氣排采自動控制系統(tǒng)控制柜與現(xiàn)場測試儀器儀表采用RS485總線連接，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、雙向傳輸控制。工作時(shí)采集井場系統(tǒng)氣體瞬時(shí)流量、累積流量、系統(tǒng)壓力、瞬時(shí)排水量、累計(jì)排水量、井口套壓、電磁閥開度、井底流壓、井下溫度、抽油機(jī)示功圖、沖次、抽油機(jī)電參數(shù)等參數(shù)，數(shù)據(jù)打包通過無線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到終端用戶即中心控制室，同時(shí)可以接受終端用戶發(fā)送的指令來控制井場所有儀器。

中心控制室技術(shù)人員通過電腦上安裝的煤層氣排采智能控制軟件接受并查看由無線網(wǎng)橋傳輸系統(tǒng)傳輸回來的井場相關(guān)數(shù)據(jù)，從而根據(jù)排采實(shí)際情況及生產(chǎn)需求做出相關(guān)調(diào)整。

3.3 通信系統(tǒng)解決方案

為了保證煤層氣生產(chǎn)現(xiàn)場的各類采集數(shù)據(jù)及時(shí)上傳和各種控制指令的準(zhǔn)確下達(dá)，監(jiān)控視頻和語音通信的順暢傳輸，擁有一套穩(wěn)定可靠、靈活方便的通信支撐系統(tǒng)顯得尤為重要，此次白楊河煤層氣無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸主要采用無線網(wǎng)橋技術(shù)作為手段，無線網(wǎng)橋采用的是5.8GHZ頻段進(jìn)行傳輸，具有傳輸距離遠(yuǎn)，帶寬搞等優(yōu)點(diǎn)，能滿足白楊河礦區(qū)煤層氣排采自動控制系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)，控制命令及監(jiān)控視頻的實(shí)施傳輸要求。

3.4 中控室布局方案

中心控制室建設(shè)包括硬件建設(shè)和軟件建設(shè)兩部分。

硬件建設(shè)：包括硬件設(shè)備的布局，管理服務(wù)器，磁盤陣列，工控逐級，操作臺的位置布局，以及現(xiàn)場的走線布置，以及基礎(chǔ)硬件系統(tǒng)的調(diào)試。

軟件建設(shè)：包括數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)庫的安裝、雙備份軟件的安裝、以及煤層氣排采智能管理軟件的安裝與調(diào)試。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

煤層氣排采自動化控制系統(tǒng)自2014年12月開始在新疆阜康白楊河礦區(qū)煤層氣先導(dǎo)性示范工程中試運(yùn)行，雖然在系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行的初期出現(xiàn)較多的問題與狀況，但經(jīng)過我們與自動化工作人員多次對儀器儀表，控制系統(tǒng)功能、自動化控制軟件功能的不斷測試與多次驗(yàn)收加上自動化系統(tǒng)維護(hù)人員的不懈努力與不斷完善，目前已經(jīng)基本能滿足煤層氣排采自動化排采的需求。基本能做到穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)反映井況信息，大幅減少了人工巡井的必要性，有效的節(jié)省了人力。在自動化控制系統(tǒng)的幫助下排采工作按照：連續(xù)、穩(wěn)定、緩慢、長期的指導(dǎo)方針進(jìn)行的有條不紊。智能報(bào)警系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)則有效的幫助技術(shù)人員快速的發(fā)現(xiàn)井場出現(xiàn)的各類生產(chǎn)問題從而做出相應(yīng)的安排使井場真正的做到了無人值守。

5 結(jié)語

與傳統(tǒng)的儀控系統(tǒng)相比，自動化控制系統(tǒng)在煤層氣排采的過程中充分的展現(xiàn)了它安全、精準(zhǔn)、便捷、高效的優(yōu)勢，首先從排采效果上看自動化控制系統(tǒng)能提供較為穩(wěn)定的井底流壓和套壓控制效果保證了煤層氣排采工作的連續(xù)、平穩(wěn)、長期，其次自動化控制系統(tǒng)能做到井下信息實(shí)時(shí)反饋，大幅減少了人工巡井的必要性，有效的節(jié)省了人力。智能報(bào)警系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)則可以有效的幫助技術(shù)人員快速的發(fā)現(xiàn)井場出現(xiàn)的各類生產(chǎn)問題從而做出相應(yīng)的安排使井場真正的做到了無人值守。但在也存在部分問題，首先設(shè)備的穩(wěn)定性尚有待進(jìn)一步提高，部分設(shè)備易老化且一旦出現(xiàn)問題對排采工作影響較大，這也是自動化系統(tǒng)維護(hù)人員面臨的主要問題，但綜合來看自動化控制系統(tǒng)依然是煤層氣排采工作的優(yōu)先選擇。

參考文獻(xiàn)

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