王 儀 賈 程 居錦武 任俊松 彭緒濤 吳軍萍

(四川輕化工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院)

0 引 言

大部分氣井生產(chǎn)中后期將需要排水采氣工藝，常見(jiàn)的排水采氣有速流管、泡排、有桿泵、螺桿泵、電潛泵、連續(xù)氣舉、間歇?dú)馀e及柱塞氣舉等方式。許多研究者[1-3]對(duì)常見(jiàn)排水采氣的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了全面系統(tǒng)分析。對(duì)于注氣壓力足夠的中淺層氣井，在不下入氣舉閥的情況下，氣舉排液采氣基本不受井身結(jié)構(gòu)影響，可廣泛用于大斜度井及水平井。對(duì)于低產(chǎn)低壓氣井，間歇?dú)馀e相對(duì)于連續(xù)氣舉，可有效提高氣舉效率，因此在氣井開(kāi)采中后期廣泛使用。本研究主要針對(duì)光油管間歇?dú)馀e排水采氣，未考慮氣舉閥。

由于光油管間歇?dú)馀e排液采氣生產(chǎn)工藝極為簡(jiǎn)單，一般采用人工方式或者時(shí)鐘自動(dòng)控制法定期開(kāi)啟注氣氣舉、關(guān)閉注氣自噴來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)管理。2017年，R.E.MOFFETT等[4]論述了定時(shí)開(kāi)啟間歇?dú)馀e的不足，提出了基于注氣舉竄井筒積液后的油管壓力變化特征來(lái)自動(dòng)關(guān)閉注氣的方法，可以節(jié)省大量的注氣量，但并未研究間歇注氣氣舉的合適時(shí)機(jī)。由理論分析可知[5-6]，間歇注氣氣舉的時(shí)機(jī)與井筒積液程度密切相關(guān)：若井筒積液嚴(yán)重時(shí)注氣氣舉排液，一方面影響氣井產(chǎn)量，另一方面提高了注氣排液的難度(需要更高的注氣壓力、更多的注氣量)；若井筒積液輕微時(shí)采用注氣氣舉排液，則必然導(dǎo)致注氣浪費(fèi)且影響產(chǎn)量。一般來(lái)說(shuō)，間歇注氣氣舉排液時(shí)機(jī)選在井筒積液未對(duì)自噴生產(chǎn)帶來(lái)較大影響時(shí)較為合適。多年來(lái)，研究者對(duì)井筒積液的診斷有很多研究，最直接有效的辦法就是井筒壓力梯度測(cè)井解釋，但該方法費(fèi)用高、需要專用設(shè)備，難以滿足智能自動(dòng)生產(chǎn)管理需求。為此，許多研究者提出了利用生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料[7-9]，特別是應(yīng)用井口油壓、套壓的變化特征來(lái)診斷井筒積液情況，該方法便于實(shí)現(xiàn)間歇?dú)馀e智能自動(dòng)控制。

隨著信息化、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，井場(chǎng)數(shù)字化、智能化、物聯(lián)網(wǎng)化是當(dāng)前智能油氣田建設(shè)的基本要求，很多研究者對(duì)井場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方案有較為系統(tǒng)的思考[10-14]，提出了一些通用的解決方案，包括與井直接相關(guān)的參數(shù)感知、智能自動(dòng)控制、連網(wǎng)傳輸以及后臺(tái)分析處理等。就具體排水采氣井而言，技術(shù)服務(wù)廠商還是更多地從滿足智能自動(dòng)操控需求來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品[15]，做的較為成功的是智能柱塞排水采氣[16-17]，在泡沫排水采氣加注工藝也有一些嘗試[18]，對(duì)氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)與工況全方位監(jiān)控設(shè)計(jì)考慮不足。

本研究針對(duì)光油管間歇?dú)馀e排水采氣需求，借鑒了其他類型智能控制器的有益經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮了井場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需要，基于本研究團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)的專利技術(shù)[19]，設(shè)計(jì)了間歇?dú)馀e排水采氣智能監(jiān)控系統(tǒng)。該智能監(jiān)控系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①在自動(dòng)操控功能上，在傳統(tǒng)的間歇?dú)馀e排液(簡(jiǎn)稱氣舉)與自噴生產(chǎn)(簡(jiǎn)稱自噴)2種生產(chǎn)狀態(tài)外，還考慮了注氣、停井2種可能狀態(tài)；②在感知傳感器設(shè)計(jì)上，除考慮智能控制需求外，還考慮了生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析需求，設(shè)計(jì)的傳感器有注氣流量傳感器、注氣干線壓力傳感器、套壓傳感器、油壓傳感器、回壓傳感器和生產(chǎn)產(chǎn)氣流量傳感器；③在智能控制上，增加了基于壓力變化特征的積液工況診斷與氣舉排液舉竄工況診斷，可以實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)切換生產(chǎn)狀態(tài)，同時(shí)保留了時(shí)鐘控制切換功能，提供了遠(yuǎn)程人工操控接口；④在遠(yuǎn)程連網(wǎng)傳輸上，設(shè)計(jì)了4G物聯(lián)網(wǎng)傳輸模塊，支持常用的MQTT傳輸協(xié)議。

1 井口系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了滿足間歇?dú)馀e排水采氣智能生產(chǎn)監(jiān)控的需求，筆者對(duì)傳統(tǒng)的氣舉排水采氣井口系統(tǒng)進(jìn)行了改造，主要是增加必要的檢測(cè)傳感器和可自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的注氣及生產(chǎn)閥門(見(jiàn)圖1)，主要設(shè)計(jì)思路如下。

圖1 間歇?dú)馀e排水采氣智能生產(chǎn)控制系統(tǒng)井口設(shè)計(jì)示意圖

(1)間歇?dú)馀e排水采氣采用油套環(huán)空注氣、油管采氣方式。工作時(shí)，先將注氣閘門和生產(chǎn)閘門打開(kāi)，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，調(diào)整好注氣壓力、注氣排量、產(chǎn)氣排量和生產(chǎn)油壓等參數(shù)范圍；然后根據(jù)智能生產(chǎn)控制優(yōu)化方法，基于油壓、套壓變化特征智能開(kāi)啟注氣薄膜控制閥、生產(chǎn)薄膜控制閥。系統(tǒng)同時(shí)提供了手動(dòng)操控功能。

(2)研究設(shè)計(jì)的間歇?dú)馀e排水采氣智能控制器為井口核心器件，負(fù)責(zé)采集傳輸數(shù)據(jù)并發(fā)出控制指令。

(3)在套管注氣井口側(cè)翼，依次增加了注氣流量傳感器、干線注氣壓力傳感器、注氣薄膜控制閥；另一套管井口側(cè)翼增加了套壓傳感器。

(4)在油管生產(chǎn)井口側(cè)翼，依次增加了生產(chǎn)薄膜控制閥、回壓傳感器、生產(chǎn)流量傳感器；另一油管井口側(cè)翼增加了油壓傳感器。

(5)通過(guò)加裝注氣流量傳感器、采氣生產(chǎn)流量傳感器、干線注氣壓力傳感器、套壓傳感器、油壓傳感器、回壓傳感器，經(jīng)智能控制器匯集處理后，一方面可以實(shí)時(shí)監(jiān)控氣井生產(chǎn)工況動(dòng)態(tài)，同時(shí)為控制指令的智能產(chǎn)生提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(6)注氣薄膜控制閥、生產(chǎn)薄膜控制閥，為氣動(dòng)控制開(kāi)關(guān)閥，控制氣源可直接來(lái)源于套管氣(需經(jīng)過(guò)降壓、凈化后為薄膜控制閥提供開(kāi)關(guān)動(dòng)力)。在控制氣源通道上增加電磁閥，由電磁閥控制氣源的開(kāi)啟。智能控制器發(fā)出控制指令控制電磁閥的開(kāi)啟。

2 智能控制器研究設(shè)計(jì)

間歇?dú)馀e排水采氣智能生產(chǎn)控制系統(tǒng)的核心器件是智能控制器。本研究基于間歇?dú)馀e技術(shù)原理，針對(duì)間歇?dú)馀e排水采氣智能生產(chǎn)控制需求，參照本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)的專利技術(shù)[19]，同時(shí)兼顧了未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展應(yīng)用需要，設(shè)計(jì)了一套智能控制器。

2.1 智能控制器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能控制器硬件系統(tǒng)以ARM處理器為核心，連接傳感器實(shí)時(shí)采集間歇?dú)馀e排水采氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)，嵌入智能控制算法，實(shí)現(xiàn)舉升狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整；同時(shí)提供了人機(jī)交互相關(guān)功能，系統(tǒng)還可通過(guò)4G物聯(lián)網(wǎng)模塊與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行交互。智能控制器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能控制器硬件設(shè)計(jì)示意圖

智能控制器的核心器件為基于ARM 32-bit CoretexTM-M3 CPU的STM32F103CB芯片，其主頻7 MHz，64 kB Flash存儲(chǔ)器，SRAM內(nèi)存20 kB。該芯片負(fù)責(zé)控制器數(shù)據(jù)采集、處理及指令輸出。

智能控制器提供8路模擬量輸入，當(dāng)前系統(tǒng)連接6個(gè)傳感器輸入，其余為預(yù)留。目前提供4個(gè)壓力傳感器、2個(gè)流量傳感器連接。4個(gè)壓力傳感器分別為注氣干線壓力傳感器、井口套管壓力傳感器、井口油管壓力傳感器和地面流程回流壓力傳感器；2個(gè)流量傳感器分別為注氣流量傳感器和井口采出氣流量傳感器。

智能控制器提供8路數(shù)字IO輸入，當(dāng)前系統(tǒng)連接2個(gè)人機(jī)交互按鈕：一個(gè)為“設(shè)置(確定)”按鈕，一個(gè)為“選擇”按鈕。通過(guò)按鈕可以設(shè)置硬件系統(tǒng)工作參數(shù)。其余數(shù)字量輸入接口為預(yù)留。

智能控制器提供8路開(kāi)關(guān)量輸出，當(dāng)前系統(tǒng)使用4路，其余為預(yù)留。目前提供的4路開(kāi)關(guān)輸出量分別為：控制注氣薄膜控制閥的開(kāi)關(guān)電磁閥、控制生產(chǎn)薄膜控制閥的開(kāi)關(guān)電磁閥、2個(gè)系統(tǒng)本身工作狀態(tài)顯示LED燈(正常、異常)。

智能控制器通過(guò)RS485接口，連接4G物聯(lián)網(wǎng)模塊，優(yōu)選型號(hào)為ZHC4922，支持全網(wǎng)通4G網(wǎng)絡(luò)，支持MQTT傳輸協(xié)議，可直接與阿里等通用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行連接。

智能控制器還提供了外接SD存儲(chǔ)卡接口，可擴(kuò)展存儲(chǔ)空間；系統(tǒng)自帶時(shí)鐘紐扣電池RTC、帶蜂鳴器報(bào)警。

智能控制器提供了USB、RS485直聯(lián)電腦的調(diào)試接口，可修改嵌入式軟件，調(diào)試工作參數(shù)。

2.2 智能控制器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能控制器嵌入軟件基于ARM指令集，采用C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，其主要運(yùn)行邏輯如圖3所示。開(kāi)機(jī)后首先自檢系統(tǒng)軟硬件，讀取系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，然后進(jìn)入主循環(huán)。

圖3 智能控制器軟件主要運(yùn)行邏輯示意圖

軟件主循環(huán)主要有8個(gè)模塊，具體如下。

(1)數(shù)據(jù)采集模塊。該模塊根據(jù)采樣頻率設(shè)置定時(shí)讀取傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)，若有異常則報(bào)警。采樣頻率可在10～600 s內(nèi)自由設(shè)定。

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。該模塊將采集到數(shù)據(jù)及各種操控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

(3)自控邏輯模塊。這是最為核心的模塊，根據(jù)自控邏輯算法，達(dá)到控制條件則輸出控制指令。生產(chǎn)狀態(tài)控制指令分為4種：關(guān)井(注氣控制電磁閥關(guān)、生產(chǎn)控制電磁閥關(guān))、注氣(注氣控制電磁閥開(kāi)、生產(chǎn)控制電磁閥關(guān))、氣舉(注氣控制電磁閥開(kāi)、生產(chǎn)控制電磁閥開(kāi))、自噴(注氣控制電磁閥關(guān)、生產(chǎn)控制電磁閥開(kāi))。

(4)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。該模塊將傳感器采集數(shù)據(jù)及生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)RS485接口進(jìn)行發(fā)送，電腦可直聯(lián)RS485讀取數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)4G模塊讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送頻率由上位機(jī)來(lái)設(shè)定，其時(shí)間范圍為10～600 s。

(5)按鍵讀取模塊。該模塊讀取設(shè)置按鍵、選擇按鍵狀態(tài)，觸發(fā)對(duì)應(yīng)選項(xiàng)操控指令，調(diào)用相關(guān)模塊進(jìn)行處理，主要有修改設(shè)置參數(shù)和發(fā)送生產(chǎn)狀態(tài)控制指令。主要設(shè)置參數(shù)有數(shù)據(jù)采集頻率、與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的連接設(shè)置、智能自動(dòng)控制參數(shù)設(shè)值(如采用時(shí)控法或壓控法，時(shí)控法的各生產(chǎn)狀態(tài)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)，壓控法的切換界限參數(shù)等)。

(6)遠(yuǎn)程操控讀取模塊。該模塊通過(guò)電腦直聯(lián)或者物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)連接的RS485接口讀取操控指令，主要有修改設(shè)置參數(shù)和發(fā)送生產(chǎn)狀態(tài)控制指令。

(7)LCD顯示模塊。該模塊根據(jù)按鍵選項(xiàng)設(shè)置，顯示相應(yīng)內(nèi)容，包括系統(tǒng)硬件工作狀態(tài)、井生產(chǎn)狀態(tài)及參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置選擇內(nèi)容等。

(8)自控邏輯模塊。該模塊是智能控制器的核心，它實(shí)現(xiàn)了完備的自控邏輯，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)、實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)、手動(dòng)操控指令狀態(tài)，自動(dòng)輸出井生產(chǎn)狀態(tài)改變指令：氣舉、自噴、注氣和關(guān)井。其主要算法邏輯如圖4所示。

圖4 自控邏輯算法邏輯示意圖

首先，讀取系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，包括系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)、當(dāng)前井生產(chǎn)狀態(tài)(關(guān)井或注氣或氣舉或自噴)及該狀態(tài)持續(xù)時(shí)間、實(shí)時(shí)生產(chǎn)工藝參數(shù)(注氣壓力、套壓、油壓、回壓等)、生產(chǎn)工藝參數(shù)變化特征參數(shù)(如：油套壓差、油壓變化梯度、套壓變化梯度等)、按鍵或者遠(yuǎn)程輸入的生產(chǎn)狀態(tài)切換指令等。然后，確定是否需要輸出控制指令。若有手動(dòng)控制指令，優(yōu)先執(zhí)行；若無(wú)手動(dòng)控制指令，則按系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)切換算法選項(xiàng)(時(shí)鐘法或壓控法)，判定是否達(dá)到生產(chǎn)狀態(tài)切換條件。

控制器的“智能”體現(xiàn)在時(shí)鐘法與壓控法上。時(shí)鐘控制法比較好理解，預(yù)先設(shè)置的各種工作狀態(tài)的工作時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)現(xiàn)工作狀態(tài)持續(xù)時(shí)間達(dá)到設(shè)定時(shí)長(zhǎng)時(shí)就自動(dòng)發(fā)出切換指令；壓控法是本智能控制器的創(chuàng)新所在，根據(jù)油壓、套壓變化特征來(lái)診斷氣舉舉竄與自噴積液工況從而自動(dòng)輸出切換指令，具體診斷切換方法如下(“停井”、“注氣”并非生產(chǎn)常態(tài)，未考慮切換算法)：

自噴轉(zhuǎn)氣舉：①油壓下降，油套壓差上升，輕微積液，需要重點(diǎn)關(guān)注，可考慮人工切換。②油壓波動(dòng)下降，套壓較為穩(wěn)定或下降，積液已經(jīng)影響生產(chǎn)，發(fā)送切換為“氣舉”指令。

氣舉轉(zhuǎn)自噴：氣舉一段時(shí)間，油壓劇烈波動(dòng)后，油套壓差穩(wěn)定，氣舉舉竄特征明顯，發(fā)送切換為“自噴”指令。

3 測(cè)試驗(yàn)證

3.1 室內(nèi)模擬裝置測(cè)試

為了驗(yàn)證本研究設(shè)計(jì)的間歇?dú)馀e排水采氣智能控制系統(tǒng)，在室內(nèi)做了一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)測(cè)試裝置，如圖5所示。試驗(yàn)裝置用4個(gè)硬管，裝載不同液位的水量，在水管中放置4個(gè)液位壓力傳感器，分別模擬干線注氣壓力、套壓、油壓、回壓的監(jiān)測(cè)；在模擬套壓、油壓的水管中放置潛水泵，潛水泵通過(guò)繼電器控制，模擬注氣、生產(chǎn)電磁閥開(kāi)啟；通過(guò)潛水泵開(kāi)啟還可以改變液位，可模擬油壓、套壓變化。

圖5 控制器室內(nèi)測(cè)試裝置示意圖

由室內(nèi)模擬裝置測(cè)試可知，間歇?dú)馀e控制器能正常采集傳輸傳感器數(shù)據(jù)，能根據(jù)不同的自控策略正確輸出控制指令，系統(tǒng)總體功耗在2 W左右。在實(shí)際油田應(yīng)用中，壓力等級(jí)、真實(shí)操作邏輯還有較大差別，但其原理類似，只需要修改相關(guān)設(shè)置參數(shù)，即可到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試應(yīng)用。

3.2 礦場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

在西部某氣田支持下，獲取了某區(qū)塊2口井(某區(qū)井1、井2)柱塞輔助間歇?dú)馀e排液采氣井資料。2口井的井口智能控制系統(tǒng)直接采用智能柱塞控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了油壓、套壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。智能柱塞排水采氣采用時(shí)鐘法控制且只能控制生產(chǎn)出口智能開(kāi)啟與關(guān)閉，注氣由人工控制，即：當(dāng)柱塞氣舉生產(chǎn)時(shí)人工開(kāi)啟注氣閘門，注氣保持一段時(shí)間后人工關(guān)閉注氣。井1的部分實(shí)時(shí)監(jiān)控油套壓變化曲線見(jiàn)圖6。其工作制度中間做了1次調(diào)整，開(kāi)始為氣舉1 h、自噴3 h和關(guān)井2 h，后調(diào)整為生產(chǎn)期間2次氣舉；從油壓、套壓變化曲線可以看出氣舉時(shí)氣竄特征明顯，在生產(chǎn)周期只有1次氣舉時(shí)，有2次能明顯觀察到自噴中后期油壓有壓力波動(dòng)。井2的部分實(shí)時(shí)監(jiān)控油套壓變化曲線見(jiàn)圖7，其工作制度氣舉1 h、自噴5 h和關(guān)井2 h；從油壓、套壓變化曲線可以看出氣舉時(shí)氣竄特征明顯，其中在9月17日有1次氣舉未舉竄，9月19日油壓與套壓近似相等表現(xiàn)異常。

圖6 井1的部分實(shí)時(shí)監(jiān)控油套壓變化曲線

圖7 井2的部分實(shí)時(shí)監(jiān)控油套壓變化曲線

通過(guò)對(duì)2口實(shí)際礦場(chǎng)柱塞輔助間歇?dú)馀e排水采氣數(shù)據(jù)分析，可以看出有3個(gè)主要問(wèn)題：①采用智能柱塞控制系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)注氣的自動(dòng)控制，還需要手動(dòng)操作氣舉；②實(shí)時(shí)監(jiān)控油壓、套壓采樣頻率為1 h，實(shí)際生產(chǎn)的細(xì)微特征無(wú)法檢測(cè)；③注氣量、采氣量未實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)間歇?dú)馀e的效果分析難以細(xì)化。

為了分析本項(xiàng)目研究的間歇?dú)馀e排水采氣智能監(jiān)控系統(tǒng)的效果，對(duì)采集到的實(shí)際礦場(chǎng)數(shù)據(jù)做了處理：將日?qǐng)?bào)中的注氣量、采氣量、注氣干線壓力、回壓按生產(chǎn)特征，劈分到實(shí)時(shí)監(jiān)控點(diǎn)上，這樣就有完整的模擬實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。然后，編制程序用電腦將該數(shù)據(jù)按30 s的間隔發(fā)送給新研發(fā)的智能監(jiān)控器。最后通過(guò)設(shè)置新研發(fā)的智能監(jiān)控器工況診斷與自控參數(shù)，觀察分析其運(yùn)行效果，測(cè)試結(jié)果如下。

(1)對(duì)于實(shí)時(shí)感知，在顯示器上，能正確顯示瞬時(shí)日注氣量、日產(chǎn)氣量、注氣干線壓力、套壓、油壓、回壓，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵參數(shù)感知的全覆蓋。

(2)對(duì)于工況診斷，與專家經(jīng)驗(yàn)診斷對(duì)比分析：①在氣舉階段，能準(zhǔn)確判定氣舉舉竄工況，正確率達(dá)到100%；②在自噴階段對(duì)3次油壓波動(dòng)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確判定積液影響生產(chǎn)，正確率達(dá)到100%；③異常判定，對(duì)井2的部分時(shí)段油套壓近似相等，甚至油壓大于套壓進(jìn)行了報(bào)警。

(3)對(duì)于時(shí)鐘法智能控制，基于設(shè)定的氣舉時(shí)間、自噴時(shí)間、關(guān)井時(shí)間、注氣時(shí)間，正常打開(kāi)相應(yīng)的繼電器，實(shí)現(xiàn)到點(diǎn)正常切換。

(4)對(duì)于壓控法智能控制。能準(zhǔn)確判定氣舉舉竄工況，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)從氣舉到自噴的切換，正確率100%；能準(zhǔn)確判定自噴階段積液導(dǎo)致的油管壓力波動(dòng)，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)從自噴到氣舉的切換，正確率100%。

通過(guò)分析可以看出，新研發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)氣舉、自噴、注氣、停井全面自動(dòng)操控；能實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵核心生產(chǎn)參數(shù)的全面監(jiān)控，覆蓋率達(dá)到100%；自動(dòng)工況診斷與專家經(jīng)驗(yàn)基本相符；2種智能自動(dòng)控制方法(時(shí)鐘法、壓控法)均能正常工作。

4 結(jié) 論

(1)針對(duì)間歇?dú)馀e排水采氣井主要采用人工憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行粗放化生產(chǎn)管理現(xiàn)狀，研究設(shè)計(jì)了一套針對(duì)光油管間歇?dú)馀e排水采氣的井場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)化的智能監(jiān)控終端系統(tǒng)。

(2)在本項(xiàng)目研究中，通過(guò)在常規(guī)的采氣井口流程中設(shè)計(jì)增加注氣、采氣生產(chǎn)氣動(dòng)薄膜控制閥系統(tǒng)(含電磁閥器件控制其開(kāi)啟)，可實(shí)現(xiàn)4種生產(chǎn)狀態(tài)(關(guān)井、注氣、氣舉、自噴)的靈活自動(dòng)控制；同時(shí)增加了注氣流量、注氣干線壓力、井口套管壓力、生產(chǎn)氣流量、井口油管壓力、井口回壓傳感監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)氣井生產(chǎn)工況全面實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(3)根據(jù)間歇?dú)馀e排水采氣智能生產(chǎn)監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求，研究設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了專用智能控制器。該控制器選用基于ARM指令集的STM32F103CB芯片，嵌入了時(shí)鐘法、壓控法兩種智能控制氣井生產(chǎn)邏輯算法，同時(shí)還提供了現(xiàn)場(chǎng)按鈕、遠(yuǎn)程軟件指令手動(dòng)操作間歇?dú)饩a(chǎn)制度調(diào)控功能。智能控制器增加了4G物聯(lián)網(wǎng)連接模塊，可方便與遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送。

(4)本研究專門設(shè)計(jì)了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試裝置，驗(yàn)證了新研發(fā)的控制器能正確采集數(shù)據(jù)、正確處理數(shù)據(jù)、正確發(fā)出控制指令并執(zhí)行。

(5)應(yīng)用礦場(chǎng)2口井實(shí)際間歇?dú)馀e排水采氣數(shù)據(jù)，通過(guò)模擬采集處理，驗(yàn)證新研發(fā)的控制器能夠?qū)﹂g歇?dú)馀e井進(jìn)行實(shí)時(shí)工況診斷，診斷結(jié)果與專家經(jīng)驗(yàn)基本相符；能夠?qū)﹂g歇?dú)馀e進(jìn)行智能自動(dòng)正確控制。