張 波李澤辰高 揚(yáng)張可心

1.中國石油長慶油田分公司 第一采油廠 （陜西 延安 716000）

2.中國石油長慶油田分公司 第二采氣廠 （陜西 榆林 719000）

隨著油田生產(chǎn)科技水平含量提高，油田生產(chǎn)已逐步告別傳統(tǒng)采油模式，邁向數(shù)字化智能化的新階段。抽油機(jī)遠(yuǎn)程控制監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）是油田自動(dòng)化生產(chǎn)管理的良好解決方案。該系統(tǒng)是以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)字通訊和工控技術(shù)做支撐，以信息為主線，系統(tǒng)始終圍繞著從獲取信息到對(duì)信息的反應(yīng)、應(yīng)急處理、信息傳送、信息管理、信息分析診斷、計(jì)算及反饋的主要流程來運(yùn)行。

1 系統(tǒng)組成

在油井現(xiàn)場安裝數(shù)字化抽油機(jī)智能控制箱，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和抽油機(jī)的靈動(dòng)控制。在采油廠的服務(wù)器上安裝一套Effscope軟件，結(jié)合地理信息發(fā)布數(shù)據(jù)、報(bào)表和曲線，實(shí)現(xiàn)在因特網(wǎng)上管理油田、提高機(jī)采系統(tǒng)的安全性和系統(tǒng)效率、延長油井免修期，達(dá)到節(jié)能減排、簡化操作、減少人工、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

系統(tǒng)以每個(gè)井場作為一個(gè)監(jiān)測單元，其中每個(gè)監(jiān)測單元通過無線網(wǎng)絡(luò)接入局域網(wǎng)中的監(jiān)測應(yīng)用服務(wù)中心，監(jiān)控中心由數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用服務(wù)器及系統(tǒng)軟件組成。

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控井上安裝系統(tǒng)硬件控制柜，抽油機(jī)的懸繩器處安裝示工圖傳感器，井場上安裝壓力傳感器完成對(duì)每個(gè)監(jiān)控單元的監(jiān)測。示工圖傳感器和壓力傳感器采用無線通信方式將數(shù)據(jù)傳遞到監(jiān)控器，各個(gè)監(jiān)控器再利用無線方式通過中繼器接入局域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控單元與服務(wù)器間的數(shù)據(jù)傳輸。

系統(tǒng)硬件控制箱內(nèi)含平衡控制器(RTU)、通信管理器(DTU)、平衡調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路及矢量變頻器。能實(shí)現(xiàn)電能曲線測試、示功圖曲線測試、溫度壓力測試、平衡測試、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、遠(yuǎn)程開關(guān)井、沖次調(diào)整、間抽控制、電機(jī)保護(hù)、故障報(bào)警的執(zhí)行操作。現(xiàn)場測試參數(shù)包括三相電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù)、累計(jì)正反向有功等。示功圖、電參量曲線同步測試數(shù)據(jù)可分別記錄72井次，同時(shí)存儲(chǔ)啟停記錄80次。

使用平衡監(jiān)控器的指標(biāo)（表1）。

具有變頻、工頻2種運(yùn)行方式，變頻故障時(shí)可自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行；具有C極電涌保護(hù)（第Ⅱ級(jí)電涌保護(hù)器，最大放電電流40kA，響應(yīng)時(shí)間小于25ns）；斷相相序保護(hù)，錯(cuò)相、缺相等相序保護(hù)功能，缺相保護(hù)動(dòng)作時(shí)間小于2s；變頻狀態(tài)下運(yùn)行有過載、過流、過壓、短路等保護(hù)，工頻狀態(tài)下運(yùn)行有過流、過載保護(hù)。

表1 平衡監(jiān)控器技術(shù)指標(biāo)

除一般變頻開關(guān)箱的調(diào)沖次、間抽消除無功節(jié)能外，系統(tǒng)硬件控制箱內(nèi)特別設(shè)計(jì)安裝抽油機(jī)專用控制器。基本工作原理：通過內(nèi)置于抽油機(jī)專用控制器中的電流電壓相位傳感器，自動(dòng)獲取電機(jī)參數(shù)而計(jì)算出此刻需要的能量，這個(gè)數(shù)據(jù)用于控制變頻器輸出的PMW的寬度，使變頻器輸出功率和電機(jī)實(shí)際需要的有功功率相同。在電機(jī)任意轉(zhuǎn)速條件下，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)荷需求同步匹配，消除了抽油機(jī)倒發(fā)電現(xiàn)象。

1.2 系統(tǒng)軟件特點(diǎn)

系統(tǒng)的軟件采用Effscope軟件，通過可視化操作界面實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控井的示功圖數(shù)據(jù)進(jìn)行迭加和并列對(duì)比分析，對(duì)抽油機(jī)及電機(jī)故障進(jìn)行報(bào)警，自動(dòng)推出報(bào)警信息對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合查詢并自動(dòng)生成報(bào)表。軟件采用分級(jí)的用戶管理模式，方便操作權(quán)限的設(shè)置。

2 現(xiàn)場應(yīng)用分析

系統(tǒng)具有多項(xiàng)自動(dòng)化控制功能，以下重點(diǎn)分析系統(tǒng)在完成遠(yuǎn)程啟停井及變頻調(diào)整沖次、功率平衡度自動(dòng)調(diào)整、油井設(shè)備能耗在線監(jiān)測及查詢等方面的應(yīng)用。

2.1 遠(yuǎn)程啟停井及變頻調(diào)整沖次

油井的啟停可以通過軟件界面操作完成，按照工作需要點(diǎn)擊啟停狀態(tài)，及時(shí)控制遠(yuǎn)程抽油機(jī)運(yùn)行，對(duì)迅速處理油井突發(fā)緊急狀況提供了時(shí)間優(yōu)勢。

合理的抽吸參數(shù)對(duì)于維護(hù)地層滲流狀況、延長設(shè)備使用壽命以及節(jié)能降耗都有非常重要的意義。系統(tǒng)硬件控制柜通過對(duì)示功圖的測試自動(dòng)調(diào)整沖次，實(shí)時(shí)分析井下供液狀況，依據(jù)泵的充滿程度進(jìn)行調(diào)整。

沖次自動(dòng)調(diào)整功能是按照油井自動(dòng)測試泵充滿度變化閉環(huán)反饋，合理按需變化沖次。依據(jù)油井的實(shí)際需求改變變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程次數(shù)，使設(shè)備運(yùn)行于較佳的參數(shù)設(shè)置下，以此達(dá)到增產(chǎn)節(jié)能的效果。

2.1.1 自動(dòng)變頻降低沖次

以A231井為例，2012年5月20日應(yīng)用沖次自動(dòng)調(diào)整功能之前，功圖顯示泵的充滿程度在50%左右。2012年5月22日應(yīng)用沖次自動(dòng)調(diào)整功能之后，功圖顯示泵的充滿程度達(dá)到了80%左右；平均沖次從3.1次降到2.1次，降低了三分之一。抽油機(jī)的平均輸入功率從 3.57kW降到 2.92kW，有功節(jié)能18.2%，抽油機(jī)每日可節(jié)電 15.6kW·h，每年節(jié)電5 694kW·h。

2.1.2 自動(dòng)變頻增高沖次

以X150-49為例，2012年5月20日應(yīng)用沖次自動(dòng)調(diào)整功能之前，沖次只有2.17次，由于該井功圖顯示泵的充滿程度在90%左右，有提高沖次實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量的潛力。2012年5月22日應(yīng)用沖次自動(dòng)調(diào)整功能之后，沖次提高到3.56次，泵的沖滿度沒有太大的變化，沖次提高了64%，能耗從2.68kW上升到4.59kW，日耗電增加45.84kW·h，產(chǎn)量增加30%，產(chǎn)量帶來的效益與電費(fèi)的增加比，電費(fèi)可以忽略不計(jì)。

2.2 平衡自動(dòng)監(jiān)測與自動(dòng)調(diào)整

SY/T 5044《游梁式抽油機(jī)》要求抽油機(jī)必須在平衡工況下運(yùn)行。對(duì)于新開抽油井，供液變化造成平衡變化大，在這種情況下需要注意平衡變化，防止抽油機(jī)的嚴(yán)重失衡。一些老井由于供液不足液擊嚴(yán)重，或者是供液能力變化較大，也會(huì)造成平衡變化大，也需要?jiǎng)討B(tài)地進(jìn)行平衡調(diào)整。能否實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)平衡的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整，是衡量控制柜是否智能化的一個(gè)重要指標(biāo)，系統(tǒng)硬件控制柜通過自動(dòng)平衡調(diào)整，使大部分井都處在平衡狀態(tài)，功率平衡度達(dá)0.8以上。

一般情況下，從測試抽油機(jī)平衡狀況到通知操作人員調(diào)整抽油機(jī)平衡到再次檢驗(yàn)復(fù)測，時(shí)間需要1～2天，人員3～4人，若未達(dá)到平衡效果，還需重復(fù)以上過程，勞動(dòng)強(qiáng)度大且工作效率低。

應(yīng)用系統(tǒng)后，全程自動(dòng)化控制，平衡自動(dòng)監(jiān)測與自動(dòng)調(diào)整。以新151-049為例，該井在2012年4月1日之前是沒有進(jìn)行平衡自動(dòng)調(diào)整設(shè)置，平衡度曲線變化起伏較大，平衡度最高達(dá)到0.65，最低只有0.29。于2012年4月2日對(duì)該井進(jìn)行了自動(dòng)平衡設(shè)定，通過系統(tǒng)硬件控制柜的智能調(diào)整，該井的平衡保持在0.9左右。整個(gè)過程無需現(xiàn)場操作，調(diào)整的平衡效果非常好，并且保持連續(xù)監(jiān)測。

2.3 設(shè)備能耗在線監(jiān)測功能

運(yùn)用電能參數(shù)曲線進(jìn)行示功圖反演，從而校核示功圖傳感器的漂移情況，也能自動(dòng)計(jì)算抽油機(jī)的交變載荷變化、系統(tǒng)效率變化、實(shí)時(shí)耗電及累計(jì)耗電動(dòng)態(tài)變化等情況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備能耗監(jiān)測功能。

使用設(shè)備能耗在線監(jiān)測功能可以進(jìn)行監(jiān)控井的系統(tǒng)效率參數(shù)實(shí)時(shí)查詢，包括沖程、沖次、電機(jī)輸入功率、光桿功率、有功功率、抽油機(jī)系統(tǒng)效率、有功節(jié)電率、無功節(jié)電率、綜合節(jié)電率等參數(shù)，無需現(xiàn)場測試操作，減少了人工環(huán)節(jié)，縮短了測試時(shí)間，消除了人為誤差，數(shù)據(jù)分析可靠。

單井實(shí)時(shí)耗電變化的監(jiān)控是掌握節(jié)能水平的直觀反映，通過一系列的實(shí)施優(yōu)化措施，觀測到耗電量隨著時(shí)間延續(xù)的動(dòng)態(tài)曲線。

3 結(jié) 論

（1）抽油機(jī)遠(yuǎn)程控制監(jiān)測系統(tǒng)是集成微電子、測控、通訊以及變頻控制、在線軟件動(dòng)態(tài)評(píng)估處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄取、實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)態(tài)變化、智能決策三位一體的融合，可以完成機(jī)采井遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析和提供節(jié)能增產(chǎn)優(yōu)化方案等功能。

（2）抽油機(jī)遠(yuǎn)程控制監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用減輕了人員勞動(dòng)強(qiáng)度、改善了操作環(huán)境，提高了測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，配合智能運(yùn)算模塊可以及時(shí)警報(bào)故障并根據(jù)井況自動(dòng)優(yōu)化油井生產(chǎn)，提升了油井生產(chǎn)管理水平。

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