張憲棟 山東服裝職業(yè)學(xué)院

油井生產(chǎn)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

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油井監(jiān)控系統(tǒng)通常由各種傳感器、控制閥、截止閥、RTU（遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的終端設(shè)備）和MTU（監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）等終端設(shè)備以及相應(yīng)的系統(tǒng)軟件組成。為了加快實(shí)現(xiàn)油田企業(yè)綜合自動(dòng)化的進(jìn)程，要求對(duì)油田的自噴井、氣舉井和油電泵等單元進(jìn)行監(jiān)控并完成數(shù)據(jù)的采集。油井RTU對(duì)通訊系統(tǒng)和油田SCADA系統(tǒng)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)由油井的MTU進(jìn)行計(jì)算，再把所得數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行綜合處理、存儲(chǔ)和報(bào)表打印等。MTU可以針對(duì)油田的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)一步系統(tǒng)優(yōu)化油井自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，從而發(fā)送適合的指令調(diào)節(jié)油嘴的開(kāi)度并提高油田產(chǎn)量。油井的工作環(huán)境一般都處于高濃度鹽、堿的液體中，因此要選擇具有耐高溫、防腐和防塵的油井監(jiān)測(cè)裝置。

油井；自動(dòng)化系統(tǒng)；監(jiān)控；RTU；MTU

1 油井監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)與發(fā)展

油井監(jiān)控系統(tǒng)是油田自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，也是油田自動(dòng)控制領(lǐng)域的重要環(huán)節(jié)，油井監(jiān)控水平直接影響整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)水平。監(jiān)控系統(tǒng)通常由各種傳感器、控制閥、截止閥、RTU（遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的終端設(shè)備）和MTU（監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）等終端設(shè)備以及相應(yīng)的系統(tǒng)軟件[1]組成。

早期的油井監(jiān)控系統(tǒng)只配備了壓力表和溫度計(jì)等最基本的組件來(lái)監(jiān)控油井壓力及各種數(shù)據(jù)，然后再將現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到的壓力、溫度和流速等數(shù)據(jù)反饋給信息處理系統(tǒng)。隨著油田開(kāi)采技術(shù)和SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）系統(tǒng)的出現(xiàn)，石油企業(yè)采用了各種各樣的傳感器和變送器，將壓力、溫度和閥位信號(hào)發(fā)送到RTU（遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端裝置），通過(guò)RTU對(duì)所測(cè)量的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，再將信息傳輸?shù)酵ㄐ畔到y(tǒng)的MTU監(jiān)控終端設(shè)備上，通過(guò)所得的數(shù)據(jù)相應(yīng)地調(diào)整生產(chǎn)模式?，F(xiàn)代油井的監(jiān)控方式大都是各不相同的，所測(cè)得的信號(hào)數(shù)量和類型也是各不相同的，通常是以電子信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)等模擬信號(hào)為主[2]，自動(dòng)化程度較高的油田現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能變送，不但能夠遠(yuǎn)程傳輸采集到的數(shù)據(jù)，還可以相應(yīng)地進(jìn)行判斷與調(diào)整，提高數(shù)據(jù)的精度和可靠性。

油田企業(yè)所開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠滿足油田生產(chǎn)管理的要求，這也是現(xiàn)代石油企業(yè)優(yōu)化自動(dòng)化系統(tǒng)的要求，增加了控制中心對(duì)油井遠(yuǎn)程操控的能力。控制中心通過(guò)開(kāi)關(guān)對(duì)油井進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控并設(shè)定工作參數(shù)，具體包括控制油嘴的大小和氣體流量等，這些控制過(guò)程往往也是油田自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，與油田系統(tǒng)的優(yōu)化生產(chǎn)密切相關(guān)。

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)搜集油井的各種數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確而快速[3]，可遠(yuǎn)程控制設(shè)備的生產(chǎn)情況，通過(guò)將自動(dòng)化的監(jiān)控系統(tǒng)與油田生產(chǎn)系統(tǒng)相結(jié)合的方式優(yōu)化生產(chǎn)，應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的油田企業(yè)可以節(jié)約資源，降低操作員的工作負(fù)荷，增加設(shè)備的使用壽命，減少油田開(kāi)發(fā)各個(gè)階段的能耗。為了加快實(shí)現(xiàn)油田企業(yè)綜合自動(dòng)化的進(jìn)程，要求對(duì)油田的自噴井、氣舉井和油電泵等單元進(jìn)行監(jiān)控并完成數(shù)據(jù)的采集。

2 油井的自動(dòng)化監(jiān)控

2.1 自噴井的監(jiān)控

自噴井所涉及到的數(shù)據(jù)通常是油壓、套壓、壓力和油溫等，通過(guò)電動(dòng)裝置對(duì)可調(diào)噴嘴進(jìn)行控制，由控制閥的位置變化完成噴嘴開(kāi)度的調(diào)節(jié)并采集數(shù)據(jù)[4]。油井的噴嘴電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表具有處理圖形的功能，發(fā)射的信號(hào)屬于4～20MA的模擬信號(hào)，這些信號(hào)（如液壓數(shù)據(jù)、回流壓和噴嘴直徑等）被傳送到油井的RTU，再經(jīng)油井測(cè)試系統(tǒng)分析就可為油井的生產(chǎn)提供參考數(shù)據(jù)。

油井RTU對(duì)通訊系統(tǒng)和油田SCADA系統(tǒng)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)由油井的MTU進(jìn)行計(jì)算，再把所得數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行綜合處理、存儲(chǔ)和報(bào)表打印等。MTU可以針對(duì)油田的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)一步系統(tǒng)優(yōu)化油田自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，從而發(fā)送適合的指令調(diào)節(jié)油嘴的開(kāi)度并提高油田產(chǎn)量。

2.2 氣舉井的監(jiān)控

在油田開(kāi)發(fā)的中期，大多數(shù)企業(yè)都會(huì)選擇氣舉井的開(kāi)采模式。與常見(jiàn)的自噴井相比，氣舉井可以對(duì)注氣與舉氣進(jìn)行控制，氣舉井的使用更加有利于油田的自動(dòng)化監(jiān)控。在氣舉井的套管部注入氣舉氣，并且測(cè)量氣舉氣的壓力、溫度和流量等技術(shù)參數(shù)，此外，還可以通過(guò)由RTU控制的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)控制入口處氣體的流量，也可以使用氣動(dòng)控制閥來(lái)調(diào)節(jié)流量。

氣舉井在工作過(guò)程中的所有信號(hào)均由RTU發(fā)射到DCS操作站或RTU，再由氣舉處理軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算[5]，通過(guò)指令來(lái)控制噴嘴的變化程度和氣舉氣控制閥的開(kāi)度，從而優(yōu)化了油田的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)氣舉井氣體流量控制的主要目的是為了設(shè)定一個(gè)能夠保證油井運(yùn)行的最佳值，這個(gè)最佳設(shè)定值可以通過(guò)氣體分析程序來(lái)確定，當(dāng)氣舉氣的量不足時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)閉低產(chǎn)油井來(lái)保證足夠的氣源，從而實(shí)現(xiàn)油田產(chǎn)量最優(yōu)化。

2.3 電潛泵油井的監(jiān)控

電潛泵油井監(jiān)控系統(tǒng)由變速驅(qū)動(dòng)器和電潛泵RTU組成，主要作用是完成油井自動(dòng)監(jiān)測(cè)的工作。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的變速驅(qū)動(dòng)器控制電潛泵的工作，井下傳感器通過(guò)電纜與變速驅(qū)動(dòng)器連接，由壓力傳感器測(cè)量井底壓力，再通過(guò)井底電潛泵的驅(qū)動(dòng)器控制壓力并保持穩(wěn)定。電潛泵油井的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由RTU組成，采集的模擬信號(hào)控制電壓變化，交流驅(qū)動(dòng)控制器對(duì)電路、直流電壓和直流電流進(jìn)行控制。

2.4 抽油機(jī)井的監(jiān)控

目前國(guó)內(nèi)油田企業(yè)使用的抽油機(jī)井舉升方法通常是人工舉升，這種舉升方法有時(shí)會(huì)發(fā)生設(shè)備的抽油能力超過(guò)油層供給能力而造成泵真空的現(xiàn)象，這種情況下油田的生產(chǎn)效率會(huì)降低。為了滿足生產(chǎn)的要求，可以采用自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)抽油機(jī)井進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷。抽油機(jī)井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由信號(hào)發(fā)射器、電機(jī)控制組和機(jī)井RTU組成。電機(jī)控制組通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)將電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)（如電壓、電流、電源和運(yùn)行狀態(tài)等）發(fā)送至抽油機(jī)井RTU進(jìn)行處理，抽油機(jī)井通?？梢园惭b傳感器，用于監(jiān)測(cè)瞬時(shí)最大溫度負(fù)荷。抽油機(jī)井RTU的主要作用是完成機(jī)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作，它可以控制油桿和動(dòng)力負(fù)荷開(kāi)關(guān)位，操作員能夠根據(jù)具體情況暫停抽油機(jī)井的工作，到達(dá)允許的停泵時(shí)間間隔后重新啟動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，將抽油機(jī)井采集的數(shù)據(jù)通過(guò)通信系統(tǒng)傳送到MTU，操作員再根據(jù)具體工作情況調(diào)整油井的停泵區(qū)間值。

2.5 油井開(kāi)關(guān)的監(jiān)控

油井的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)系統(tǒng)一般情況下有兩個(gè)安全閥，即地面安全閥和井下安全閥[6]。油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的指令主要由ESD系統(tǒng)（緊急制動(dòng)系統(tǒng)）和操作控制組成，指令通過(guò)通信系統(tǒng)送達(dá)給安全控制系統(tǒng)的RTU，然后再輸出信號(hào)控制安全閥的開(kāi)關(guān)。油井安全開(kāi)關(guān)的安全保護(hù)系統(tǒng)也不是完全獨(dú)立的，它和整個(gè)油田的緊急關(guān)閉系統(tǒng)密切相關(guān)，在總處理站的石油、天然氣和原油輸送管道系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出信號(hào)來(lái)關(guān)閉全部或部分油井。

自動(dòng)化系統(tǒng)的油井監(jiān)控系統(tǒng)可以最大限度地提高油田的產(chǎn)量，減少油泵故障，降低維護(hù)成本，提高油泵的效率，以達(dá)到節(jié)能的目的，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

3 結(jié)論

油田企業(yè)推廣自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)符合現(xiàn)代企業(yè)普及自動(dòng)化系統(tǒng)的要求，在生產(chǎn)實(shí)踐中，要根據(jù)設(shè)備的要求選擇適合的監(jiān)測(cè)方案和RTU系統(tǒng)。在考慮油田長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃中要特別注意油井開(kāi)采的初始階段、中間和結(jié)束的每一個(gè)階段，各階段的開(kāi)采設(shè)備選擇也是不同的，因此對(duì)油井監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的要求也不同。油井的工作環(huán)境一般都處于高濃度鹽、堿的液體中，因此要選擇具有耐高溫、防腐和防塵的油井監(jiān)測(cè)裝置。

油井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意油井測(cè)試系統(tǒng)和油井監(jiān)控軟件的兼容性，通過(guò)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的模型選擇最有效的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)，根據(jù)產(chǎn)量的預(yù)測(cè)情況調(diào)整生產(chǎn)，從而更好地實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)的自動(dòng)化管理。

[1]朱文軍，韓小慶．井下中央泵房自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J]．山東煤炭科技，2005（2）：17-18.

[2]馬海驕，李冬青．自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)創(chuàng)建油田生產(chǎn)管理新模式[J]．?dāng)?shù)字石油和化工，2008（6）：21-27.

[3]劉玉英，邢泉水，姜裕慶．水泵自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J]．煤礦現(xiàn)代化，2008（4）：51-52.

[4]李富平．某油區(qū)無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．油氣田地面工程，2013，32（8）：80.

[5]李冬青，馬海驕．創(chuàng)新發(fā)展自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)建立油田生產(chǎn)管理新模式[J]．石油科技論壇，2009（2）：50-52.

[6]李劍峰．濟(jì)三礦應(yīng)用水泵自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)[J]．煤礦機(jī)械，2010（10）：105.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.034