油井监控技术在油田自动化系统中的应用价值

2022-02-22黄磊

今日自动化 2022年11期

黄磊

（宏华（中国）投资有限公司，四川成都 610036）

1 油田自动化系统与监控技术概述

1.1 油田自动化系统概述

随着科技的不断进步与发展，为了提高生产效率，在很多生产领域中引入了自动化控制技术，并且逐渐成为大型工业化作业中必不可少的一部分，其占据着核心地位，发挥着保障安全的作用，在油田作业中同样如此。油田的自动化系统指的是对计算机控制装置的统称，因此常常也将其称为主控系统，犹如人体的大脑与神经系统。油田自动化系统主要由工业级计算机、通信网络、仪表、PLC 等构成。而工业级计算机则又包含UPS、显示器、主机、打印机、音响等等系统；通信网络则由现场总线电缆、以太网网线、光纤电缆等构成；仪表主要由检测、计量、执行构件、转换等仪器仪表组成，PLC 则包含电源、CPU、通信、I/O 模块等部分。

1.2 油井监控技术概述

大部分的油田油井分散在各个采油场中，很长时间一来，监测与控制油井工作情况是采油场面临的一项重要且难度较高的工作内容，大部分的油井是由油井巡视员或者维修工定期开展检查和维修，但是伴随着油田自动化生产水平的不断提高，油井无人值守所逐渐取代了早期的巡视员方式。在油井监控系统中，应用的无线数传终端产品以及相应的监控监管，由该系统中的无线遥测遥控主机将单口采油井作用状态监测数据以无线的方式发送给监控中心，通过各种模式达到集中监控各个单井状态的目的，减少了人力资源成本投入，缩短了发现和排除油井故障耗时。油井监控系统的结构主要包含油井场内各类关断阀、控制阀、变送器、井场远程终端装置以及现有的软件系统。从整体上看，油井监控系统可以分成三个框架，①框架为系统终端，其主要用于现场监控中，具备准确且实时采集仪表负荷传感器、电流电压互感器以及功率因数变换器等相关信息；②为网络传输，当前油田自动化系统中常应用有线网络与GRPS 无线网络传输数据；③信息中心。其功能是对监控传输过来的信息进行统计与处理。上述三个框架分工协作，共同保证了油井作业系统安全稳定运行。如图1所示[1]。

图1 油井监控系统组成

2 油田监控技术在油田自动化系统中的应用价值

由于在油田作业过程中，环境复杂，再加上气候、温度等各方面的因素，从而增加了获取和分析数据的难度，而引入监控技术后，便能够为很多工作的开展提供便利。归纳起来，在油田自动化系统中应用监控技术主要有以下应用价值。

2.1 提升油田作业监控的质量

在油田自动化系统中，借助监控技术，能够准确地分析出油田的技术现状，协助管理人员全面了解生产的各种数据信息，包含油井的压力、温度等，在掌握这些数据信息的基础上，实施生产管理策略，从而确保了油田生产作业的安全性与可靠性。

2.2 节约资源防控风险

在油井作业过程中，考虑到大部分区域属于危险区域，存在很多不可控因素，在自动监控技术的辅助下，方便对油井的作业情况进行全面监控，有助于降低作业过程安全风险的发生，同时还能掌握配电现状，采取智能化或者自动化的监控手段，整合资源，达到节约与优化配置资源的目的，减少经济成本支出。

2.3 维护油井设备

油井的监控系统拥有智能化的特征，系统组成比较全面，操作比较便利。采取模块化的设计形式与图形化的构成，能够达到智能分析相关数据，从而确保作业得以有效执行。伴随着技术的不断发展，应用在自动控制系统中的监控技术也不断得以升级改造，能够结合不同时间段，采用差异化的工作模式，从而极大地保障了系统获得数据的及时性，确保能够信息采集的高效性，达到保护油井设备的目的，延长了油井设备的使用时间[2]。

2.4 减少人力资源成本

在油田作业开采过程中，因为各种因素的影响，存在各种危险因素，而在油田自动化系统中应用监控技术，可以避免传统作业过程中由人工监测故障的问题，减少了人力资源成本的投入，从而实现了人力资源的优化配置，实现了油田生产作业和经营成本投入的最低化。

2.5 提高了生产的安全性

油田生产经营大多处于高风险的区域，威胁作业人员的生命安全，而在自动化作业过程中引入监控技术，采取智能化的方式监控油田作业过程，能够在第一时间发现存在的安全隐患，并迅速采取对策，降低了安全事故的发生率，提高了生产的安全性[2]。

3 油井监控技术在油田自动化系统中的具体应用

3.1 监控技术在电潜泵控制系统中的应用

电潜泵控制系统主要由远程装置、变速驱动器构成，而不同的组成部分决定了其功能与使用标准也不尽相同。其中远程装置的主要功能是对相关数据信息进行收集，同时还可以控制变速驱动器，而变速驱动器的主要功能是控制电潜泵。为了凸显油田系统的智能化与系统化特征，常常借助通信功能，将中央监控和终端MTU 连接起来，从而由中央监控按照相关作业要求控制电潜泵。在油田具体作业中，常会发生运行装置不运行的现象，为了避免影响油田生产进度和效率，便需要在实践中全面掌握各项影响因素，借助变速驱动器收集到的数据信息，对传感器井底的压力进行控制，从而完成电潜泵的控制工作，确保整个工作能够有序开展，提升油田生产的效率[3]。

3.2 监控技术在抽油机系统中的应用

为了更好地监控抽油机，其一大重要基础条件便是抽油机的控制器一致，通常应用一台抽油机控制器便可以达到控制的目的。在开展监控过程中，抽油机控制器的主要功能是记录相关数据，从而极大地提升了获取数据信息的效率，减少了时间支出，能够将油井的具体工作情况真实反映出来。当抽油机完成工作后，再将油温、压强等描绘出来。当前，抽油机油井监控常见的系统主要有两类：①自喷井监控系统，该系统主要是通过对油嘴位和开度进行控制来掌握油田实际的生产情况，在应用时还需要考虑各项数据的完整性与准确性，从而拓展其采集的范围，常见的如油压、油温等等，从而为油井的开采提供参考。②电潜泵油井监控系统。该监控系统的核心条件为电潜泵变速驱动器和远程装置，二者均能够对电潜泵进行控制，从而获得更多的信息数据，从而提升技术水平[4]。

3.3 监控技术在油田中央监控自动化系统中的应用

油田中央监控自动化控制系统主要包含现场控制单元和控制中心，在上述系统的相互影响下，推动对油田生产的监控。在该系统中，核心部分是控制中心，而现场控制单元则是保障系统运行正常。为了确保系统运行的稳定性和效果，需要搭配稳定的电源和计算机，只有电源对该系统进行持续性供电，才能确保油田中央监控自动化控制系统始终处于工作状态。另外，油田中央监控自动化耦控制系统能够详细记录并全面分析油井作业形成的数据信息，并汇总记录的信息，通过表格的形式体现数据，方便工作人员详细分析各项数据，并根据数据信息对结果进行分析，从而明确该控制系统在应用过程中存在的问题，分析问题的原因所在，制定相应的解决方案和措施，找准故障点和事故发生位置，以免该系统运行存在的巨大的安全隐患。由此可见，将监控技术应用在油田中央监控自动化系统中，最大的优点是能够同时处理多个客户端，充分满足客户的不同需求，并第一时间将具体的数据信息反馈回来，方便相关工作人员迅速找到对应的资料，进一步优化和完善工作流程。

4 将油井监控技术应用在油田自动化系统中的保障措施

4.1 掌握系统原理，提高系统应用效果

油井监控技术应用在油井自动化系统中主要包含通信系统、监控中心、井口设备三个方面。其中通信系统的主要功能是在公共信息平台的支撑下实现通信；监控中心主要由数据收发程序、数据接收器、web 发布系统、数据库等构成；井口设备则主要由主机、多种测量传感器等构成。每隔固定的时间段，传感器便可以完成一次数据的采集，同时将获得的数据利用无线网络传输给主机，当主机在接收到该数据后，对比通信协议完成数据的筛选与密封，在GPRS 技术的辅助下，按照既定的周期间隔将数据发送至监控中心固定的IP 上，当后台软件在接收到数据信息后，通过对数据信息处理后，将其转变成可读数据，也可以将其用图表的形式进行存储，也可以通过发送短信发送至手机，借助GPRS 技术远程监控图片。

4.2 重视各功能模块的安装质量，增强应用效果

具体而言，可从以下几个方面着手：①监控系统主机安装环节，需要以油井实际情况作为基础，将主机安装在点控制柜中，并将其固定好。②在载荷传感器这一安装环节中，应当将其安装在方卡子与悬绳器中间，并注意将其压紧。③在压力传感器这一安装环节中，首先需要将阀门关闭，再完成压力传感器的安装，将其拧紧后再将阀门打开。④在安装温度传感器时，需要结合现场的环境进行安装，通常是先在油管上安装盲管，然后再在油管上安装盲管，最后再安装温度传感器。⑤在安装电泵井主机时，需要将其安装在电泵室中，然后在电控制柜中安装EDA0933，最后连接好数据线、电源线、主基线等部分。⑥在自喷井与气井监控系统主机这一安装环节中，考虑前者属于无线传感器，其内置干电池，从而方便结合数据的发送频度提高其使用寿命，同时通过太阳能的方式实现供电，因此通常将其主机安装在自喷井与气井的工作台顶部。

4.3 注重监控系统的调试

当完成上述工作后，还需要及时检验监控系统的应用效果，所以还需要高度重视系统的调试。在试用阶段，需要结合运行的具体情况来掌握系统的运行状态，同时对系统的功能不断优化，从而全面保证整个系统处于安全的运行状态。

4.4 采取有效措施提高油田自动化系统的安全性

具体主要采取两个措施：①采用自动监控方式。由于油田作业环节多，过程复杂，再加上工作环境恶劣，容易受到气候、环境等因素的影响，假如采取传统人工的方式监控油田作业，难度较高，而且还可能影响油田生产的稳定性与安全性，引起各类安全隐患。因此在油田自动化系统中采用油井监控技术，不仅可以帮助油田作业人员迅速了解油井具体的工作压力、蒸汽温度、采油电压等，而且通过这些信息对作业的安全性、稳定性进行评估，针对不安全因素及时制定策略。另外，在油井自动化控制系统中应用油井监控技术，即便在高压高危的环境下，依然能够全面监测油井的实际工作情况，实现了资源的优化配置。②注重计算机安全保障系统的优化。当前已经全面步入了信息化时代，计算机技术渗透到人们生产与生活的各个领域中，假如不能针对计算机技术设置相应的安全保障系统，便容易遭受黑客的攻击，进而修改甚至破坏数据，对这个系统造成难以预估的危害，因此在通过网络传输数据时，还需要积极应用数据加密技术以及其他安全防护手段。