油井在线监控计量分析系统技术研究及应用_油井_远程监控

油井在线监控计量分析系统技术研究及应用

2014/8/11 14:25:43

*本文系中国石油和化学行业科学技术进步奖三等奖项目“油水井远程监控液量自动计量及分析优化系统（2007JB0106-3）”的部分成果。

**作者简介：檀朝东（1968-），男，安徽省望江县人，1990年毕业于石油大学（华东）开发系。1995年获石油大学（北京）油气田开发专业硕士，2003年获石油大学（北京）博士学位。现为中国中国石油大学（北京）石工学院副研究员，从事教学及科研工作。通讯地址： 102249 北京市昌平区石油大学石工学院。电话：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

油井工况远程监控在线计量分析系统是在中石油股份公司积极倡导简化优化地面流程的前提下诞生的，既是集油井自动化、信息化、石油工程分析优化设计于一体的综合性信息化平台，也是提高油井系统效率，节能降耗，挖掘油井增产潜力的石油工程解决方案，同时也是油井远程故障诊断与优化设计的技术管理决策平台。

研发的YD系列油井工况远程监控在线计量分析系统是以采油工程技术、通信技术和计算机技术相结合的系统^[1]，具有油井自动监测和控制、实时示功图、压力、转速、电参数等数据采集、油井液量计量、油井工况诊断^[2，3]、系统效率优化设计等功能。该系统形成了抽油机井“功图法”产液量计量技术、油井远程实时综合故障诊断技术、电泵井“节流压差法”产液量计量技术等几项油井远程实时计量关键技术，可以保证油井故障诊断符合率在90%以上，95%以上的油井计量误差控制在10%以内，而且能够正确表现单井产液量的动态变化。实现了以油井单井产量计量为核心，并辅以对油井进行工况监控，对采集的数据进行分析诊断，实现简化地面流程的作用同时，还可实现提高油井系统效率的目的。该系统可以替代或简化油井计量流程，以降低油田产能建设投入和运行成本。

2 系统组成及功能

该系统集先进、成熟的计算机技术、通信技术、数据采集及传感器、采油工程技术于一体，具有油井自动监测和控制、实时数据采集、电量远程抄表、油井液量计量、油井工况诊断优化设计等功能。

2.1 系统的组成

油井工况远程监控在线计量分析系统是由硬件和软件组成，主要由工况监控、计量及分析优化、网络浏览、远程视频监控（选装）4个子系统组成，如图1所示。

图1 YD型油水井监控、液量自动计量及分析系统组成示意图

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

一口油井安装1 台RTU 和多个传感器。这些传感器均与油井RTU 相连接,对油井数据进行采集,反馈给上位监控主机,根据传回的油井现场测试数据和基本数据，应用自喷井、电潜泵井、螺杆泵井、游梁机有杆泵井工况分析、产液量计算分析数学模型和软件，对某口井的现场实时数据进行在线分析处理,计算各类油井的单井产液量,进入生产报表系统。系统信息流程如图2 。

图2 　油井工况远程监控、在线计量及分析系统信息流程图

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

2.2 系统的功能

油井工况远程监控在线计量分析系统具有油井自动监测和数据采集、油井液量计量、油井工况诊断、系统效率优化设计等功能。

　（1）油井工况采集功能

对自喷井、抽油机井、电潜泵井、螺杆泵井采集电量、电压、电流、功率、载荷、冲次、冲程、井口压力、油温、生产时率、曲柄销子、转速、扭矩及巡井时间等生产参数。

　（2）故障报警功能

停电、停机、回压异常、缺相及电流异常、抽油机抽空、防盗红外监控，曲柄销松动脱落。

　（3）控制保护功能

对油井间抽控制；缺相、三相电流不平衡、曲柄销脱落自动停机；远程启停控制和开关井场照明灯；实现对油水井产/注液量的自动计量控制。

　（4）数据通讯功能

单井采用远程数据采集控制器（RTU）与上位机进行数据通信；中控室采用无线宽带/光缆网络通讯方式实现联网。

　（5）数据管理功能

图形方式实时显示压力、温度、载荷、扭矩、电流、电压、功率等各种生产参数及泵、机等生产设备运行状态；实现生产参数超限报警及设备故障报警，预测故障位置和故障原因并进行相应提示。

　（7）生产管理及遥控指挥

自动记录巡井时间；与油田局域网数据共享；可以通过现有局域网络，在网上远端监控油水井生产现场并进行指挥。

　（8）油井产液量在线计量功能

在油井正常运行期间，能够实现远程测试数据的自动录取，根据采集的压力、转速、地面示功图、电参数等数据，应用油井产液量计算技术，计算油井产液量，实现在无人值守情况下能及时掌握油井的生产动态变化情况。

　（9）油井生产系统分析与优化决策功能

根据检测数据，进行生产井工况在线诊断、抽油井系统效率分析、参数优化设计等。

　（10）网络查询功能

通过IE浏览器和专用的视频播放软件，在油田信息网上可随时浏览各油水井的各个监控画面、实时生产数据、液量计量、工况诊断、优化设计等结果，查询有关生产报表及分析结果。

3 油井远程监控量液及分析优化系统现场应用

3.1 系统应用总体情况

2004年-2007年该系统在中石油大港油田、辽河油田、华北油田、中石化的中原油田等安装了1000多口井，包括抽油机井、电泵井、螺杆泵井及自喷井等所有井型，节约投资和减少成本数千万元，取得了较好的经济效益。自2005年开始，大港油田先后建立了“西一转”、“港浅8-6”、“枣园”油井远程在线计量及优化分析系统技术示范区^[4-6]。2006年在大港油田全面推广应用，其中港西油田所有的430口油井，包括抽油机井、电泵井、螺杆泵井及自喷井等所有井型，都应用该系统，实现了“单管集油”、“撤销计量站”、 “部分撤销掺水流程”、“地面管线串糖葫芦”，“大大减少地面管线投资和维护成本”的目标，地面管线布置从244公里减小到79公里，节约投资和减少成本数千万元，取得了较好的经济效益。该技术实现了原来“计量站--转油站—联合站”三级布站向二级、一级布站新模式的转变，开创了老油田地面流程简化优化的“港西模式”。

3.2 系统在大港油田的现场应用情况

在大港油田的现场实际生产中，油井工况远程监控在线计量分析系统能够24小时对油井进行实时监测、诊断分析、计量，准确及时地反映了油井的工作情况。

3.2.1 实时监测油井生产参数

该系统能实时监测所有油井的生产数据，电压、电流、油压、油温、理论泵排量、泵效等。如图3所示。

图３　抽油机井实时测试数据

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

3.2.2 准确进行油井工况监控和故障报警

实时报警程序的主要功能是对油井工况监控和故障诊断结果进行实时报警，见下图4。安装实时报警程序的任何计算机终端都能实时收到故障的语音、颜色、闪烁报警。

油井工况监控报警是对工况监控系统中发现的故障进行报警,比如:停电、停机、油压异常、缺相及电流异常、皮带打滑、防盗红外监控，曲柄销松动脱落等进行报警。故障诊断结果报警是对基于泵功图的特征诊断出的油井故障进行报警,比如:抽油杆断脱、供液不足、气锁、气体影响、凡尔漏失、泵筒弯曲、完全泵阻等进行报警。

图4 油井工况监控和故障报警

Fig 4 Monitoring oil well condition and fault Alarm

3.2.3 如实反映油井产液量的变化

　　油井的功图和产液量时刻是在发生变化的，以前只能关注定性变化，而现在用油井远程在线计量及优化分析系统可以定量地反映油井产液量的变化。以西10-6井为例，在2007年9月15日，油井的时段产液量是在不断地发生变化，从4:20的12.57方变化到23:21的2.8方；功图也相应地从比较饱满到供液不足不断地变化。而传统的分离器玻璃管量油只能取某一时间段的产液量代替整天的产液量，假如在6:20取样计产7.55方替代整天产液量，这就与油井的实际产液量相差甚远。这套系统非常真实地记录每一时段的产液量，从而可以求出油井一天的真实综合产液量。如图5所示。