远程智能开关井应用与分析
2020-06-03王小勇
王小勇
中国石油长庆油田苏里格南作业分公司（陕西 西安 710018）
随着中国石油长庆油田苏里格作业分公司（以下简称苏南作业区）气井持续生产，气井逐渐出现积液情况，制定合理的开关井制度，最大程度地挖掘老井的潜能，成为气井管理的一项重要工作[1-3]。在严格控制用工成本，生产气井数量逐渐增多情况下，加快建设智能化气田成为一种趋势。对远程开关井设备在井口应用进行论述分析，依托生产现场稳定高速的光纤网络，利用远程智能开关井设备实现气井的的生产管理。利用先进技术来解决气井管理问题[4]，做到随时调整气井生产制度，最大限度挖掘气井潜能，减少人员用工成本。
1 应用测试
1.1 试验目的
1.1.1 解决人工开井的工作量
2018 年冬季运行期间，作业区共进行161 口井499次间歇开关井工作，不但工作量大，增产效果由初期的日增产9×104m3减少至5×104m3左右。应用远程智能开关井技术能有效解决人工开井的工作量。
1.1.2 有效解决气井压力恢复时机
目前苏南作业二区205口气井存在不同程度的积液现象，作业区目前的排水措施主要为间歇开关井和速度管柱，尤其是采取速度管柱的积液井的进一步增产措施仅为间歇开关井[5]。根据气井产量、压力恢复速度，随时调整气井间歇开关井制度。
1.2 试验原则
1.2.1 选井原则
开展远程智能开关井设备安装，选择积液情况不太严重、累计产气量超过500×104m3、执行压力恢复措施后超过10 MPa的气井，气井所在区域存在外协形势较为严峻等问题。综合考虑，经过初步筛选，选择A、B井开展远程智能开关井试验。
1.2.2 现场条件原则
苏南地区井口数据通过稳定高速的光纤传输至控制系统，井丛供电采取10 kV及风光互补供电2种模式，现有的通信及电力条件为井口技术改造、智能设备安装提供了有利的条件。
1.3 试验设备选取
1.3.1 井口改造
将装置安装于针阀上，通过直流无刷电机驱动针阀转动进行开关井作业，配套智能生产控制器、角度传感器，开度控制，开关井数据信号反馈，设定定压开关井、定时开关井、常开常关井模式，从而提高生产效率，降低员工劳动强度，进一步提高气井生产管理自动化水平[6]。
1.3.2 通讯方式
苏南地区井口信号传输采用Modbus RTU 通讯协议，采取R485通讯方式。远程智能开关井设备通讯方式应满足现场工况，设备控制、供电线路连接井口RTU柜，实现设备供电、数据传输及远程控制。
1.3.3 系统结构
针阀控制装置是一种自动控制设备，它是由智能控制器、压力传感器、角度传感器、驱动电机、减速器和相关机械结构等组成；它是配合针阀使用设计的专用设备，内设多种控制模式，包括定时模式、压力模式、开度模式、暂停模式和手动控制模式。此外，智能控制器具有兼容ModbusRTU 协议的RS485 通信接口，可实现远程操作。
1.3.4 设备工艺原理
将智能仿真开关装置安装于针阀上，压力传感器安装于针阀上、下游，可实现针阀电动控制，提高生产效率，降低员工劳动强度，进一步提高气井生产管理自动化水平。智能仿真开关装置主要由电动执行装置和压力传感器组成。电动执行装置可根据设定定时、定压控制模式开关井生产制度，自动执行开关井操作，可通过远程操作实现针阀开、关控制，以及生产制度的设定。另外可以实现下游管线的超压、低压保护功能。
1.4 现场应用
1.4.1 四川自贡远程人工智能开关井设备试验
1）现场手持终端试验阶段。2017 年5 月13 日至5 月22 日，就该阀门现场手动强制开关、现场比例设置电动开井、现场电动关井及现场高压差电动开井共计9井次的试验，实现了现场自动开关井功能。
2）井口RTU 试验阶段。2017 年5 月24 日至6月3 日，通过井口RTU 机柜，使用电脑远程控制，对该阀远程通讯及控制系统进行了3次调试工作。
3）井丛RTU 试验阶段。2017 年6 月3 日至6 月15日，通过井丛RTU机柜添加、调试程序，对该阀远程通讯及控制系统进行了5 次调试，实现了从井丛RTU到现场阀门的自动控制。
4）PKS站控试验阶段。2017年6月15日至6月18 日，通过苏里格南C2 集气站PKS 站控系统连接点位、添加界面，于6 月18 日完成集气站至井口的通讯及控制功能调试，并在20：40由C2集气站员工在站控平台完成A井压恢开井作业。
2019年1月29日，在前期四川自贡远程开关井设备阀试验基础上，解决了设备内漏、无法完全关闭、无法执行暂停指令、控制电流要求过高等问题，安装XX智能开关井设备并进行试验。该阀可实现完全关闭、轻松打开，更加满足生产现场工况，前期试验测试数据见表1。
1.4.2 试验效果
1）A井2013年11月9日投产，投产初期日产气量2.728 4×104m3，2014 年7 月日产量降至0.217 7×104m3，气井受积液影响间歇生产。2016年8月安装速度管柱，措施后生产119 d，平均日产0.524 6×104m3，产量低于速度管柱临界携液流量，需要进行间歇生产，由于速度管柱摩阻较大，间歇生产效果不理想，该阶段平均日产仅0.170 8×104m3。
2019 年1 月29 日，安装智能开关井设备，根据生产数据判断试验井均为Ⅲ类井，目前生产制度为关24 h开8 h。措施后日产增至0.318 8×104m3，增产幅度达到86.6%，从初始试验至今，累计减少人工开关井26次。
2）B 井2013 年11 月19 日投产，投产初期日产气量2.262 9×104m3，2013 年12 月30 日产量降至0.499 8×104m3，气井受积液影响间歇生产。
2016年8月安装速度管柱，措施后生产18 d，平均日产0.502 0×104m3，产量低于速度管柱临界携液流量，需要间歇生产，由于速度管柱摩阻较大，间歇生产效果不理想，该阶段平均日产仅0.075 2×104m3。
表1 正常运行时测试数据记录
2019 年1 月29 日，安装智能开关井设备，根据生产数据判断试验井均为Ⅲ类井，目前生产制度为关15 h开5 h。措施后日产增至0.206 9×104m3，增产幅度达到175%，从初始试验至今，累计减少人工开关井19次。
1.5 经济性评价
远程开关井设备安装过程中井口改造较小，设备拆除后可进行循环利用。根据A、B 井生产情况分析，安装远程智能开关井设备后，增产幅度分别到达86.6%、175%，按照设备每台3 万元计算，可在30 d 内收回设备成本。同时，按照较少人工开关井井次计算，减少车辆行驶公里数，降低外协纠纷频次，可节约各项费用共计1.77万元。
2 结束语
通过远程智能开关井应用与分析，为后期该项技术的推广应用提供了一定的基础。将远程智能开关井充分应用到气井生产管理中去，实现了对气井的产能挖潜，降低了人工成本，提高了气井生产效率，气井管理工作由过去的被动式变成主动管理。通过该项技术的应用，不仅节约人力，而且会大大提高管理的效率。良好的经济效益，设计简单、高可靠性、低成本的特点使得远程开关井设备可以进行推广应用。
