油井无线远程巡控及优势分析

王尊天

(西安石油大学,西安 710065)

1 数据采集存在的问题

示功图是反映抽油机井工况的一个重要的质量特性。目前油井管理中的大量生产数据全靠人工采集,耗费大量的人力和物力,而数据的准确性则因采集人员的工作责任心而异。部分油井无法实现正常的井口资料采集及井下泵况的测试,影响油井的动态分析和日常管理,不能及时有效地对油井的工作情况进行分析和管理,影响油井的正常工作。采集的数据为非连续性数据,因而对油井真实工作状况无法准确地掌握,导致对油井的诊断时间拖得很长,因而降低生产效率,增加了采油成本。

随着油田抽油机井自动化控制程度的日益提高,示功图远程监测上传是不可缺少的一项内容,光杆载荷信号传输线的接触质量直接影响到示功图的上传成功率。普通载荷传感器安装于抽油机井光杆的悬绳器上,信号经过有线传输与位移信号合成示功图,由于抽油机油梁长期上下运行,接线易折断,插头易松动,上传示功图信号易失真,从而影响示功图的上传质量,系统的可靠性不高,影响部分油井工况的正确分析、判断,不能满足当前油田数字化管理的需要。

2 远程视频巡控方案

远程视频巡控系统如图1所示,系统层次结构如图2所示,主要由四个子系统组成:工况监控子系统、计量分析优化子系统、远程视频监控子系统(选装)、网络浏览子系统。首次采用了国产防盗型油井工况监测仪,该方案采用 YD油井远程监测、液量自动计量及分析优化系统成功地实现了由泵功图来计算泵的有效排量进而折算成井口产液量的理论方法。它把RTU和各传感器集为一体,安装在抽油机光杆的悬绳器和方卡的中间,采集各传感器的数据,发给上位主机。通过主机上的远程监控软件,与油田控制计算机相连,既可以调取油田计算机的历史数据,也可以直接发出命令,对油井进行实时测量控制,现场数据在计算服务器上进行分析处理,结果在授权的计算机上可以打印和浏览。

图1 远程视频巡控系统

图2 远程视频巡控系统层次结构

YD油井远程监测、液量自动计量及分析优化系统是采油工程技术、测试技术、通信技术和计算机技术相结合的系统,具有如下功能:油井工况检测,故障报警和控制保护,数据通信,数据管理,生产管理及遥控指挥,油井产量计量,油井生产系统分析与优化决策,网络查询。

“示功图法”计量技术通过计算机模型成功地实现了对泵功图的识别技术,可以准确地确定阀门的开启、关闭四个关键点,描述出泵功图的关键点、关键线和关键面积等的几何特征,计算出产液量,并且准确地运用几何特征、矢量特征、神经网络方法实现对泵功图故障正确诊断。该技术的本质是通过泵功图来实现泵的有效排量计算,泵功图故障正确诊断是油井工况分析的前提,正确的油井工况诊断是油井产液量计算的基础。

3 硬 件

硬件系统由固定安装在抽油机井井口的负荷、位移及电流传感器、数据采集处理器和上位机管理系统组成。硬件系统将传感器与数据采集处理部分整合,形成一体化RTU井口计量装置,放置井口进行长期监测和计量,电源部分进行智能化管理,最大限度地降低功耗,节约电能。其主要功能是采集抽油机井的示功图数据,同时还可以采集到同一冲次内的电流数据,通过无线方式上传到油井监测系统,形成曲线并存储供生产分析使用。

硬件电路的工作原理:通过传感器,电压、电流被采进控制电路进行三部分处理。第一部分经过放大、整流和滤波后,两者与功率因数信号一起作为抽油机电动机工况的观测信号送给单片机处理;第二部分经过硬件电路分别取出各自的相位送给单片机,单片机处理后得出此刻电动机的功率因数;第三部分是取同步信号,将电压的某一相作为基准(一般以A相为准),晶闸管的控制信号都是以此为准进行控制输出。

4 示功图系统功能

根据抽油机的结构特点,负荷传感器安装在光杆的提升座上,位移传感器安装在采油机曲柄轴上部。通过角位移的变量,将光杆的升降负荷量转换为线性位移的曲线。现场绘制示功图的标准与专用测井仪器测出的示功图完全吻合。

4.1 监控功能

提供示功图、电流图的现实功能,满足油井监控的专业需要;利用无线电台等通信手段,完成对现场生产数据的采集;通过强大的数据存储功能,便于对照和分析;根据用户的不同需要,灵活地显示各项记录;利用软件特有的动态加点功能,使系统具有更强的稳定性,适合长期运行;系统可进行操作权限的设定,使整个操作更加安全。

4.2 动态修改油井号

利用组态软件的动态加点功能,真正做到运行时动态增加、修改、删除油井号,极大地提高了系统监控运行的连续性和稳定性。具有操作权限的操作工,可以很方便地增加、修改、删除油井号,而不必再进行复杂地配置。

4.3 状态查询

系统可以自动定时查询各油井的状态,也可以手动实时查询。利用报表显示各项参数值,并且能够根据现场需要修改某些参数的设定值。可以将数据导出为txt,csv等格式。

4.4 功图数据显示

利用油田主站无线监测管理系统软件,可以灵活地显示油井的示功图、电流图。系统提供定时采集(每天1～2幅)和手动实时采集两种查询方式,手动采集又可以分为采集一口井和采集多口井。

每次采集后都会生成一条带有时间标签的采集记录保存在报表中,并可查询显示;对于时间较久远的功图可以通过历史查询,来得到一段时间的功图、电流图记录,每一条记录均可以手动删除。在显示功图曲线的同时,会在报表中得到所有的功图、电流数据,并且可以将报表中的数据保存为文本文档或者Excel文档。各曲线均可以打印。

5 优势及效益分析

油井无线巡控系统用于完成对抽油电机参数、井口压力、温度、载荷等参数的监测,采用无线数传电台的形式在油井与主站之间形成通信网,将采集到的数据上传到计量站或中心站,避免信息采集中因人为因素造成的损失;采集信息实时性强,能够实时掌握现场的生产情况,中心站根据检测到的参数进行过载、欠载、停机等功能设置。

通过反复试验,覆盖半径符合要求,所测的参数值符合技术指标要求,能够实现系统报警等功能。目前近100台数据采集及无线传送装置在采油厂运行良好。通过现场试验及检测,该系统设备运行稳定﹑软件功能完备﹑无线通信效果良好﹑监测数据准确,达到了开题报告要求的验收指标:提供了油田以采油队为主站对计量间和抽油机井的无线监测和数据实时采集及管理的通用系统;配套设备及装置达到开提报告的技术要求;建立的用户应用程序功能完善;数据刷新速率达30 s,采集实时数据误差在5‰之内,通信成功率不小于99.5%。

随着功图量液技术在油田的成功应用,证实了功图量液的计算精度接近甚至超过一般量油技术,很好地满足了油井计量的需求,为某采油厂简化地面流程的阶段性成功做出了突出的贡献。

为解决油田计量的难题,选出30口抽油机井安装了YD油井远程监控、液量自动计量及分析优化系统,建立了“油田远程量液示范区”。该项技术在功能上以油井单井产量计量为核心,辅以对油井进行工况监测,对采集的数据进行分析诊断优化,实现简化地面流程的作用,同时,还实现提高油井系统效率的目的。

6 结束语

该方案实现了油井监测的信息化,打破了传统的油井管理方式。软件本身特有的动态加点,一方面使增加、修改油井号变得极为简单,节省了繁琐的开发周期,另一方面保障了系统的稳定性。强大而灵活的示功图组件,为油井的管理提供了可靠的依据。

油田远程巡控系统摆脱了传统的监控模式,以微电子学为基础,集计算机技术、网络通信技术于一体,油井区块采用远程控制系统,信息采集准确、快捷,提高了资料录取的准确率,极大地提高了采油厂动态分析的效率和质量;为采油厂开发科学决策、优化生产管理和日常生产的正常运行提供了保障;确保了安全生产,减少了事故隐患和损失;同时达到使生产管理人员及早发现、解决生产故障,降低能耗,减少设备的磨损,提高劳动生产率的目的。鉴于目前国内油井监测的现状,该方案具有巨大的推广价值。

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