抽油機遠程控制監(jiān)測系統(tǒng)在油田的應用分析

張 波李澤辰高 揚張可心

1.中國石油長慶油田分公司 第一采油廠 （陜西 延安 716000）

2.中國石油長慶油田分公司 第二采氣廠 （陜西 榆林 719000）

隨著油田生產(chǎn)科技水平含量提高，油田生產(chǎn)已逐步告別傳統(tǒng)采油模式，邁向數(shù)字化智能化的新階段。抽油機遠程控制監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）是油田自動化生產(chǎn)管理的良好解決方案。該系統(tǒng)是以先進的計算機網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)字通訊和工控技術(shù)做支撐，以信息為主線，系統(tǒng)始終圍繞著從獲取信息到對信息的反應、應急處理、信息傳送、信息管理、信息分析診斷、計算及反饋的主要流程來運行。

1 系統(tǒng)組成

在油井現(xiàn)場安裝數(shù)字化抽油機智能控制箱，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)遠傳和抽油機的靈動控制。在采油廠的服務(wù)器上安裝一套Effscope軟件，結(jié)合地理信息發(fā)布數(shù)據(jù)、報表和曲線，實現(xiàn)在因特網(wǎng)上管理油田、提高機采系統(tǒng)的安全性和系統(tǒng)效率、延長油井免修期，達到節(jié)能減排、簡化操作、減少人工、提高經(jīng)濟效益的目的。

系統(tǒng)以每個井場作為一個監(jiān)測單元，其中每個監(jiān)測單元通過無線網(wǎng)絡(luò)接入局域網(wǎng)中的監(jiān)測應用服務(wù)中心，監(jiān)控中心由數(shù)據(jù)庫及應用服務(wù)器及系統(tǒng)軟件組成。

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控井上安裝系統(tǒng)硬件控制柜，抽油機的懸繩器處安裝示工圖傳感器，井場上安裝壓力傳感器完成對每個監(jiān)控單元的監(jiān)測。示工圖傳感器和壓力傳感器采用無線通信方式將數(shù)據(jù)傳遞到監(jiān)控器，各個監(jiān)控器再利用無線方式通過中繼器接入局域網(wǎng)，從而實現(xiàn)監(jiān)控單元與服務(wù)器間的數(shù)據(jù)傳輸。

系統(tǒng)硬件控制箱內(nèi)含平衡控制器(RTU)、通信管理器(DTU)、平衡調(diào)整驅(qū)動電路及矢量變頻器。能實現(xiàn)電能曲線測試、示功圖曲線測試、溫度壓力測試、平衡測試、數(shù)據(jù)遠傳、遠程開關(guān)井、沖次調(diào)整、間抽控制、電機保護、故障報警的執(zhí)行操作?，F(xiàn)場測試參數(shù)包括三相電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù)、累計正反向有功等。示功圖、電參量曲線同步測試數(shù)據(jù)可分別記錄72井次，同時存儲啟停記錄80次。

使用平衡監(jiān)控器的指標（表1）。

具有變頻、工頻2種運行方式，變頻故障時可自動切換到工頻運行；具有C極電涌保護（第Ⅱ級電涌保護器，最大放電電流40kA，響應時間小于25ns）；斷相相序保護，錯相、缺相等相序保護功能，缺相保護動作時間小于2s；變頻狀態(tài)下運行有過載、過流、過壓、短路等保護，工頻狀態(tài)下運行有過流、過載保護。

表1 平衡監(jiān)控器技術(shù)指標

除一般變頻開關(guān)箱的調(diào)沖次、間抽消除無功節(jié)能外，系統(tǒng)硬件控制箱內(nèi)特別設(shè)計安裝抽油機專用控制器?；竟ぷ髟恚和ㄟ^內(nèi)置于抽油機專用控制器中的電流電壓相位傳感器，自動獲取電機參數(shù)而計算出此刻需要的能量，這個數(shù)據(jù)用于控制變頻器輸出的PMW的寬度，使變頻器輸出功率和電機實際需要的有功功率相同。在電機任意轉(zhuǎn)速條件下，電機的輸出轉(zhuǎn)矩與負荷需求同步匹配，消除了抽油機倒發(fā)電現(xiàn)象。

1.2 系統(tǒng)軟件特點

系統(tǒng)的軟件采用Effscope軟件，通過可視化操作界面實現(xiàn)對監(jiān)控井的示功圖數(shù)據(jù)進行迭加和并列對比分析，對抽油機及電機故障進行報警，自動推出報警信息對歷史數(shù)據(jù)進行綜合查詢并自動生成報表。軟件采用分級的用戶管理模式，方便操作權(quán)限的設(shè)置。

2 現(xiàn)場應用分析

系統(tǒng)具有多項自動化控制功能，以下重點分析系統(tǒng)在完成遠程啟停井及變頻調(diào)整沖次、功率平衡度自動調(diào)整、油井設(shè)備能耗在線監(jiān)測及查詢等方面的應用。

2.1 遠程啟停井及變頻調(diào)整沖次

油井的啟?？梢酝ㄟ^軟件界面操作完成，按照工作需要點擊啟停狀態(tài)，及時控制遠程抽油機運行，對迅速處理油井突發(fā)緊急狀況提供了時間優(yōu)勢。

合理的抽吸參數(shù)對于維護地層滲流狀況、延長設(shè)備使用壽命以及節(jié)能降耗都有非常重要的意義。系統(tǒng)硬件控制柜通過對示功圖的測試自動調(diào)整沖次，實時分析井下供液狀況，依據(jù)泵的充滿程度進行調(diào)整。

沖次自動調(diào)整功能是按照油井自動測試泵充滿度變化閉環(huán)反饋，合理按需變化沖次。依據(jù)油井的實際需求改變變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)抽油機的沖程次數(shù)，使設(shè)備運行于較佳的參數(shù)設(shè)置下，以此達到增產(chǎn)節(jié)能的效果。

2.1.1 自動變頻降低沖次

以A231井為例，2012年5月20日應用沖次自動調(diào)整功能之前，功圖顯示泵的充滿程度在50%左右。2012年5月22日應用沖次自動調(diào)整功能之后，功圖顯示泵的充滿程度達到了80%左右；平均沖次從3.1次降到2.1次，降低了三分之一。抽油機的平均輸入功率從 3.57kW降到 2.92kW，有功節(jié)能18.2%，抽油機每日可節(jié)電 15.6kW·h，每年節(jié)電5 694kW·h。

2.1.2 自動變頻增高沖次

以X150-49為例，2012年5月20日應用沖次自動調(diào)整功能之前，沖次只有2.17次，由于該井功圖顯示泵的充滿程度在90%左右，有提高沖次實現(xiàn)增加產(chǎn)量的潛力。2012年5月22日應用沖次自動調(diào)整功能之后，沖次提高到3.56次，泵的沖滿度沒有太大的變化，沖次提高了64%，能耗從2.68kW上升到4.59kW，日耗電增加45.84kW·h，產(chǎn)量增加30%，產(chǎn)量帶來的效益與電費的增加比，電費可以忽略不計。

2.2 平衡自動監(jiān)測與自動調(diào)整

SY/T 5044《游梁式抽油機》要求抽油機必須在平衡工況下運行。對于新開抽油井，供液變化造成平衡變化大，在這種情況下需要注意平衡變化，防止抽油機的嚴重失衡。一些老井由于供液不足液擊嚴重，或者是供液能力變化較大，也會造成平衡變化大，也需要動態(tài)地進行平衡調(diào)整。能否實現(xiàn)抽油機平衡的實時自動調(diào)整，是衡量控制柜是否智能化的一個重要指標，系統(tǒng)硬件控制柜通過自動平衡調(diào)整，使大部分井都處在平衡狀態(tài)，功率平衡度達0.8以上。

一般情況下，從測試抽油機平衡狀況到通知操作人員調(diào)整抽油機平衡到再次檢驗復測，時間需要1～2天，人員3～4人，若未達到平衡效果，還需重復以上過程，勞動強度大且工作效率低。

應用系統(tǒng)后，全程自動化控制，平衡自動監(jiān)測與自動調(diào)整。以新151-049為例，該井在2012年4月1日之前是沒有進行平衡自動調(diào)整設(shè)置，平衡度曲線變化起伏較大，平衡度最高達到0.65，最低只有0.29。于2012年4月2日對該井進行了自動平衡設(shè)定，通過系統(tǒng)硬件控制柜的智能調(diào)整，該井的平衡保持在0.9左右。整個過程無需現(xiàn)場操作，調(diào)整的平衡效果非常好，并且保持連續(xù)監(jiān)測。

2.3 設(shè)備能耗在線監(jiān)測功能

運用電能參數(shù)曲線進行示功圖反演，從而校核示功圖傳感器的漂移情況，也能自動計算抽油機的交變載荷變化、系統(tǒng)效率變化、實時耗電及累計耗電動態(tài)變化等情況，實現(xiàn)設(shè)備能耗監(jiān)測功能。

使用設(shè)備能耗在線監(jiān)測功能可以進行監(jiān)控井的系統(tǒng)效率參數(shù)實時查詢，包括沖程、沖次、電機輸入功率、光桿功率、有功功率、抽油機系統(tǒng)效率、有功節(jié)電率、無功節(jié)電率、綜合節(jié)電率等參數(shù)，無需現(xiàn)場測試操作，減少了人工環(huán)節(jié)，縮短了測試時間，消除了人為誤差，數(shù)據(jù)分析可靠。

單井實時耗電變化的監(jiān)控是掌握節(jié)能水平的直觀反映，通過一系列的實施優(yōu)化措施，觀測到耗電量隨著時間延續(xù)的動態(tài)曲線。

3 結(jié) 論

（1）抽油機遠程控制監(jiān)測系統(tǒng)是集成微電子、測控、通訊以及變頻控制、在線軟件動態(tài)評估處理等技術(shù)，實現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄取、實時監(jiān)控動態(tài)變化、智能決策三位一體的融合，可以完成機采井遠程實時統(tǒng)計分析和提供節(jié)能增產(chǎn)優(yōu)化方案等功能。

（2）抽油機遠程控制監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場應用減輕了人員勞動強度、改善了操作環(huán)境，提高了測試數(shù)據(jù)的準確性，配合智能運算模塊可以及時警報故障并根據(jù)井況自動優(yōu)化油井生產(chǎn)，提升了油井生產(chǎn)管理水平。

[1]王根潮,王慶如,朱建華.抽油機井實時遠程遙測技術(shù)[J].油氣井測試,2004（1）:56-63.

[2]孫傳友,孫曉斌,漢澤西,等.測控系統(tǒng)原理與設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[3]丁衛(wèi)紅，趙建洋.智能抽油機節(jié)能器研究與開發(fā)[J].微計算機信息, 2009（26）:124-126.