油井在線監控計量分析系統技術研究及應用_油井_遠程監控

油井在線監控計量分析系統技術研究及應用

2014/8/11 14:25:43

*本文系中國石油和化學行業科學技術進步獎三等獎項目“油水井遠程監控液量自動計量及分析優化系統（2007JB0106-3）”的部分成果。

**作者簡介：檀朝東（1968-），男，安徽省望江縣人，1990年畢業于石油大學（華東）開發系。1995年獲石油大學（北京）油氣田開發專業碩士，2003年獲石油大學（北京）博士學位。現為中國中國石油大學（北京）石工學院副研究員，從事教學及科研工作。通訊地址： 102249 北京市昌平區石油大學石工學院。電話：010-89742177。E-MAIL：tantcd@126.com.

A Study and Application of Well Remote Monitoring , Analysis and Online Measurement System

TAN Chao-dong¹，SHAO Ding-bo²，GUAN Cheng-yao ³

(1. MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering ，China University of Petroleum, Beijing 102249，China; 2. Dagang Oilfield Company ,Tianjin 300280，China；3.Beijing Yadan Petroleum Technology Co.，Ltd., Beijing 102200，China)

Abstract: This paper states that the remote monitoring fluid-volume measures，analyzes and optimizes system of oil-wells online by use of combining automatic monitoring devices of oil-well cluster with specialized measurement analysis software. The system possesses automatic monitoring of the oil-wells working conditions data, measurement of the oil-wells fluid-volume, wells condition diagnosis, efficiency optimization design system, and other functions, with combination of oil production engineering, communication and computer technology. The system has been successfully tested and promoted application in Dagang and Zhongyuan oilfield. It can automatically monitor oil-wells working condition, and replace or simplify the traditional measurement process.

Keyword: oil-well; remote monitoring; fluid-volume measurement; analysis and optimization; system research and development; promotion application

1概述

油井工況遠程監控在線計量分析系統是在中石油股份公司積極倡導簡化優化地面流程的前提下誕生的，既是集油井自動化、信息化、石油工程分析優化設計于一體的綜合性信息化平臺，也是提高油井系統效率，節能降耗，挖掘油井增產潛力的石油工程解決方案，同時也是油井遠程故障診斷與優化設計的技術管理決策平臺。

研發的YD系列油井工況遠程監控在線計量分析系統是以采油工程技術、通信技術和計算機技術相結合的系統^[1]，具有油井自動監測和控制、實時示功圖、壓力、轉速、電參數等數據采集、油井液量計量、油井工況診斷^[2，3]、系統效率優化設計等功能。該系統形成了抽油機井“功圖法”產液量計量技術、油井遠程實時綜合故障診斷技術、電泵井“節流壓差法”產液量計量技術等幾項油井遠程實時計量關鍵技術，可以保證油井故障診斷符合率在90%以上，95%以上的油井計量誤差控制在10%以內，而且能夠正確表現單井產液量的動態變化。實現了以油井單井產量計量為核心，并輔以對油井進行工況監控，對采集的數據進行分析診斷，實現簡化地面流程的作用同時，還可實現提高油井系統效率的目的。該系統可以替代或簡化油井計量流程，以降低油田產能建設投入和運行成本。

2 系統組成及功能

該系統集先進、成熟的計算機技術、通信技術、數據采集及傳感器、采油工程技術于一體，具有油井自動監測和控制、實時數據采集、電量遠程抄表、油井液量計量、油井工況診斷優化設計等功能。

2.1 系統的組成

油井工況遠程監控在線計量分析系統是由硬件和軟件組成，主要由工況監控、計量及分析優化、網絡瀏覽、遠程視頻監控（選裝）4個子系統組成，如圖1所示。

圖1 YD型油水井監控、液量自動計量及分析系統組成示意圖

Fig1 YD type of oil-well monitoring, automatic fluid-volume measurement and analysis system component diagram

一口油井安裝1 臺RTU 和多個傳感器。這些傳感器均與油井RTU 相連接,對油井數據進行采集,反饋給上位監控主機,根據傳回的油井現場測試數據和基本數據，應用自噴井、電潛泵井、螺桿泵井、游梁機有桿泵井工況分析、產液量計算分析數學模型和軟件，對某口井的現場實時數據進行在線分析處理,計算各類油井的單井產液量,進入生產報表系統。系統信息流程如圖2 。

圖2 　油井工況遠程監控、在線計量及分析系統信息流程圖

Fig2 Oil-wells condition remote monitoring, system information measurement and analysis online flow chart

2.2 系統的功能

油井工況遠程監控在線計量分析系統具有油井自動監測和數據采集、油井液量計量、油井工況診斷、系統效率優化設計等功能。

　（1）油井工況采集功能

對自噴井、抽油機井、電潛泵井、螺桿泵井采集電量、電壓、電流、功率、載荷、沖次、沖程、井口壓力、油溫、生產時率、曲柄銷子、轉速、扭矩及巡井時間等生產參數。

　（2）故障報警功能

停電、停機、回壓異常、缺相及電流異常、抽油機抽空、防盜紅外監控，曲柄銷松動脫落。

　（3）控制保護功能

對油井間抽控制；缺相、三相電流不平衡、曲柄銷脫落自動停機；遠程啟停控制和開關井場照明燈；實現對油水井產/注液量的自動計量控制。

　（4）數據通訊功能

單井采用遠程數據采集控制器（RTU）與上位機進行數據通信；中控室采用無線寬帶/光纜網絡通訊方式實現聯網。

　（5）數據管理功能

圖形方式實時顯示壓力、溫度、載荷、扭矩、電流、電壓、功率等各種生產參數及泵、機等生產設備運行狀態；實現生產參數超限報警及設備故障報警，預測故障位置和故障原因并進行相應提示。

　（7）生產管理及遙控指揮

自動記錄巡井時間；與油田局域網數據共享；可以通過現有局域網絡，在網上遠端監控油水井生產現場并進行指揮。

　（8）油井產液量在線計量功能

在油井正常運行期間，能夠實現遠程測試數據的自動錄取，根據采集的壓力、轉速、地面示功圖、電參數等數據，應用油井產液量計算技術，計算油井產液量，實現在無人值守情況下能及時掌握油井的生產動態變化情況。

　（9）油井生產系統分析與優化決策功能

根據檢測數據，進行生產井工況在線診斷、抽油井系統效率分析、參數優化設計等。

　（10）網絡查詢功能

通過IE瀏覽器和專用的視頻播放軟件，在油田信息網上可隨時瀏覽各油水井的各個監控畫面、實時生產數據、液量計量、工況診斷、優化設計等結果，查詢有關生產報表及分析結果。

3 油井遠程監控量液及分析優化系統現場應用

3.1 系統應用總體情況

2004年-2007年該系統在中石油大港油田、遼河油田、華北油田、中石化的中原油田等安裝了1000多口井，包括抽油機井、電泵井、螺桿泵井及自噴井等所有井型，節約投資和減少成本數千萬元，取得了較好的經濟效益。自2005年開始，大港油田先后建立了“西一轉”、“港淺8-6”、“棗園”油井遠程在線計量及優化分析系統技術示范區^[4-6]。2006年在大港油田全面推廣應用，其中港西油田所有的430口油井，包括抽油機井、電泵井、螺桿泵井及自噴井等所有井型，都應用該系統，實現了“單管集油”、“撤銷計量站”、 “部分撤銷摻水流程”、“地面管線串糖葫蘆”，“大大減少地面管線投資和維護成本”的目標，地面管線布置從244公里減小到79公里，節約投資和減少成本數千萬元，取得了較好的經濟效益。該技術實現了原來“計量站--轉油站—聯合站”三級布站向二級、一級布站新模式的轉變，開創了老油田地面流程簡化優化的“港西模式”。

3.2 系統在大港油田的現場應用情況

在大港油田的現場實際生產中，油井工況遠程監控在線計量分析系統能夠24小時對油井進行實時監測、診斷分析、計量，準確及時地反映了油井的工作情況。

3.2.1 實時監測油井生產參數

該系統能實時監測所有油井的生產數據，電壓、電流、油壓、油溫、理論泵排量、泵效等。如圖3所示。

圖３　抽油機井實時測試數據

Fig 3　The real-time testing data of rod pumping well

3.2.2 準確進行油井工況監控和故障報警

實時報警程序的主要功能是對油井工況監控和故障診斷結果進行實時報警，見下圖4。安裝實時報警程序的任何計算機終端都能實時收到故障的語音、顏色、閃爍報警。

油井工況監控報警是對工況監控系統中發現的故障進行報警,比如:停電、停機、油壓異常、缺相及電流異常、皮帶打滑、防盜紅外監控，曲柄銷松動脫落等進行報警。故障診斷結果報警是對基于泵功圖的特征診斷出的油井故障進行報警,比如:抽油桿斷脫、供液不足、氣鎖、氣體影響、凡爾漏失、泵筒彎曲、完全泵阻等進行報警。

圖4 油井工況監控和故障報警

Fig 4 Monitoring oil well condition and fault Alarm

3.2.3 如實反映油井產液量的變化

　　油井的功圖和產液量時刻是在發生變化的，以前只能關注定性變化，而現在用油井遠程在線計量及優化分析系統可以定量地反映油井產液量的變化。以西10-6井為例，在2007年9月15日，油井的時段產液量是在不斷地發生變化，從4:20的12.57方變化到23:21的2.8方；功圖也相應地從比較飽滿到供液不足不斷地變化。而傳統的分離器玻璃管量油只能取某一時間段的產液量代替整天的產液量，假如在6:20取樣計產7.55方替代整天產液量，這就與油井的實際產液量相差甚遠。這套系統非常真實地記錄每一時段的產液量，從而可以求出油井一天的真實綜合產液量。如圖5所示。