油井生产自动化监控系统

张宪栋 山东服装职业学院

油井生产自动化监控系统

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油井监控系统通常由各种传感器、控制阀、截止阀、RTU（远程监控系统的终端设备）和MTU（监控设备数据采集系统）等终端设备以及相应的系统软件组成。为了加快实现油田企业综合自动化的进程，要求对油田的自喷井、气举井和油电泵等单元进行监控并完成数据的采集。油井RTU对通讯系统和油田SCADA系统传输来的数据进行处理，传输的实时数据由油井的MTU进行计算，再把所得数据根据需要进行综合处理、存储和报表打印等。MTU可以针对油田的实际生产情况进一步系统优化油井自动化监控系统，从而发送适合的指令调节油嘴的开度并提高油田产量。油井的工作环境一般都处于高浓度盐、碱的液体中，因此要选择具有耐高温、防腐和防尘的油井监测装置。

油井；自动化系统；监控；RTU；MTU

1 油井监控系统的特点与发展

油井监控系统是油田自动化系统的重要组成部分，也是油田自动控制领域的重要环节，油井监控水平直接影响整个自动化系统的监测水平。监控系统通常由各种传感器、控制阀、截止阀、RTU（远程监控系统的终端设备）和MTU（监控设备数据采集系统）等终端设备以及相应的系统软件[1]组成。

早期的油井监控系统只配备了压力表和温度计等最基本的组件来监控油井压力及各种数据，然后再将现场观测到的压力、温度和流速等数据反馈给信息处理系统。随着油田开采技术和SCADA（数据采集与监视控制系统）系统的出现，石油企业采用了各种各样的传感器和变送器，将压力、温度和阀位信号发送到RTU（远程数据终端装置），通过RTU对所测量的信号进行转换处理，再将信息传输到通信系统的MTU监控终端设备上，通过所得的数据相应地调整生产模式。现代油井的监控方式大都是各不相同的，所测得的信号数量和类型也是各不相同的，通常是以电子信号和开关信号等模拟信号为主[2]，自动化程度较高的油田现场数据采集系统已经实现了智能变送，不但能够远程传输采集到的数据，还可以相应地进行判断与调整，提高数据的精度和可靠性。

油田企业所开发的自动化控制系统能够满足油田生产管理的要求，这也是现代石油企业优化自动化系统的要求，增加了控制中心对油井远程操控的能力。控制中心通过开关对油井进行远程遥控并设定工作参数，具体包括控制油嘴的大小和气体流量等，这些控制过程往往也是油田自动化监控系统的基础，与油田系统的优化生产密切相关。

实现自动化监测系统搜集油井的各种数据更加准确而快速[3]，可远程控制设备的生产情况，通过将自动化的监控系统与油田生产系统相结合的方式优化生产，应用自动化监控技术的油田企业可以节约资源，降低操作员的工作负荷，增加设备的使用寿命，减少油田开发各个阶段的能耗。为了加快实现油田企业综合自动化的进程，要求对油田的自喷井、气举井和油电泵等单元进行监控并完成数据的采集。

2 油井的自动化监控

2.1 自喷井的监控

自喷井所涉及到的数据通常是油压、套压、压力和油温等，通过电动装置对可调喷嘴进行控制，由控制阀的位置变化完成喷嘴开度的调节并采集数据[4]。油井的喷嘴电动调节仪表具有处理图形的功能，发射的信号属于4～20MA的模拟信号，这些信号（如液压数据、回流压和喷嘴直径等）被传送到油井的RTU，再经油井测试系统分析就可为油井的生产提供参考数据。

油井RTU对通讯系统和油田SCADA系统传输来的数据进行处理，传输的实时数据由油井的MTU进行计算，再把所得数据根据需要进行综合处理、存储和报表打印等。MTU可以针对油田的实际生产情况进一步系统优化油田自动化监控系统，从而发送适合的指令调节油嘴的开度并提高油田产量。

2.2 气举井的监控

在油田开发的中期，大多数企业都会选择气举井的开采模式。与常见的自喷井相比，气举井可以对注气与举气进行控制，气举井的使用更加有利于油田的自动化监控。在气举井的套管部注入气举气，并且测量气举气的压力、温度和流量等技术参数，此外，还可以通过由RTU控制的电动调节阀来控制入口处气体的流量，也可以使用气动控制阀来调节流量。

气举井在工作过程中的所有信号均由RTU发射到DCS操作站或RTU，再由气举处理软件进行优化计算[5]，通过指令来控制喷嘴的变化程度和气举气控制阀的开度，从而优化了油田的自动化监控系统。对气举井气体流量控制的主要目的是为了设定一个能够保证油井运行的最佳值，这个最佳设定值可以通过气体分析程序来确定，当气举气的量不足时，自动控制系统关闭低产油井来保证足够的气源，从而实现油田产量最优化。

2.3 电潜泵油井的监控

电潜泵油井监控系统由变速驱动器和电潜泵RTU组成，主要作用是完成油井自动监测的工作。自动监控系统的变速驱动器控制电潜泵的工作，井下传感器通过电缆与变速驱动器连接，由压力传感器测量井底压力，再通过井底电潜泵的驱动器控制压力并保持稳定。电潜泵油井的数据采集系统主要由RTU组成，采集的模拟信号控制电压变化，交流驱动控制器对电路、直流电压和直流电流进行控制。

2.4 抽油机井的监控

目前国内油田企业使用的抽油机井举升方法通常是人工举升，这种举升方法有时会发生设备的抽油能力超过油层供给能力而造成泵真空的现象，这种情况下油田的生产效率会降低。为了满足生产的要求，可以采用自动化系统对抽油机井进行远程监测与诊断。抽油机井监测系统是由信号发射器、电机控制组和机井RTU组成。电机控制组通过自动监测网将电机运行数据（如电压、电流、电源和运行状态等）发送至抽油机井RTU进行处理，抽油机井通常可以安装传感器，用于监测瞬时最大温度负荷。抽油机井RTU的主要作用是完成机井数据采集工作，它可以控制油杆和动力负荷开关位，操作员能够根据具体情况暂停抽油机井的工作，到达允许的停泵时间间隔后重新启动。在这个过程中，将抽油机井采集的数据通过通信系统传送到MTU，操作员再根据具体工作情况调整油井的停泵区间值。

2.5 油井开关的监控

油井的远程开关系统一般情况下有两个安全阀，即地面安全阀和井下安全阀[6]。油井远程监控系统的指令主要由ESD系统（紧急制动系统）和操作控制组成，指令通过通信系统送达给安全控制系统的RTU，然后再输出信号控制安全阀的开关。油井安全开关的安全保护系统也不是完全独立的，它和整个油田的紧急关闭系统密切相关，在总处理站的石油、天然气和原油输送管道系统出现故障的情况下，系统会发出信号来关闭全部或部分油井。

自动化系统的油井监控系统可以最大限度地提高油田的产量，减少油泵故障，降低维护成本，提高油泵的效率，以达到节能的目的，降低工作人员的劳动强度，延长设备的使用寿命。

3 结论

油田企业推广自动化监测技术符合现代企业普及自动化系统的要求，在生产实践中，要根据设备的要求选择适合的监测方案和RTU系统。在考虑油田长期发展计划中要特别注意油井开采的初始阶段、中间和结束的每一个阶段，各阶段的开采设备选择也是不同的，因此对油井监测自动化的要求也不同。油井的工作环境一般都处于高浓度盐、碱的液体中，因此要选择具有耐高温、防腐和防尘的油井监测装置。

油井监测系统在设计时应注意油井测试系统和油井监控软件的兼容性，通过动态数据的模型选择最有效的方法进行开发，根据产量的预测情况调整生产，从而更好地实现油田生产的自动化管理。

[1]朱文军，韩小庆．井下中央泵房自动化监控系统的应用[J]．山东煤炭科技，2005（2）：17-18.

[2]马海骄，李冬青．自动化监控系统创建油田生产管理新模式[J]．数字石油和化工，2008（6）：21-27.

[3]刘玉英，邢泉水，姜裕庆．水泵自动化监控系统的应用[J]．煤矿现代化，2008（4）：51-52.

[4]李富平．某油区无线视频监控系统的设计[J]．油气田地面工程，2013，32（8）：80.

[5]李冬青，马海骄．创新发展自动化监控系统建立油田生产管理新模式[J]．石油科技论坛，2009（2）：50-52.

[6]李剑峰．济三矿应用水泵自动化监控系统[J]．煤矿机械，2010（10）：105.

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.034