智能控制技術(shù)在蘇里格氣田低效井中的應(yīng)用

楊方勇 張亞斌 武海鵬 施亞明 張建平 張英帥

1．中國石油長慶油田公司第四采氣廠 2．中國石油西南油氣田公司

蘇里格氣田是低滲、低壓、低豐度的“三低”整裝氣田［1－2］，開發(fā)井網(wǎng)密度大、區(qū)域鉆井?dāng)?shù)量多。隨著氣井生產(chǎn)年限的逐年增大，產(chǎn)量逐年減少，低效井快速增加［3－5］，這對生產(chǎn)運(yùn)行管理提出了巨大挑戰(zhàn)。采用人工間歇開關(guān)井的生產(chǎn)模式，相對于數(shù)量龐大的單井顯得力不從心，針對實(shí)際情況，如何平衡單井間歇生產(chǎn)與控制用工總量之間的關(guān)系是將要解決的難點(diǎn)問題，這一問題就為井口生產(chǎn)智能控制提供了很好的發(fā)展契機(jī)。智能控制就是根據(jù)生產(chǎn)條件對井口進(jìn)行自動控制。本文著重闡述電磁閥生產(chǎn)智能控制［6－8］功能在氣井的運(yùn)用。

1 智能控制基本原理

按照氣井生產(chǎn)規(guī)律制定適應(yīng)的智能控制條件，對組態(tài)軟件進(jìn)行智能程序設(shè)定（如圖1所示），當(dāng)氣井生產(chǎn)狀態(tài)滿足設(shè)定條件時，組態(tài)軟件通過數(shù)傳電臺［9］向氣井RTU（遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)）發(fā)送控制指令，驅(qū)動井口電磁閥執(zhí)行開關(guān)井操作，實(shí)現(xiàn)氣井生產(chǎn)智能控制。在滿足常規(guī)數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)了針對單井智能生產(chǎn)的套壓控制、時序控制、流量套壓復(fù)合控制3種控制類型，通過電磁閥的開關(guān)對氣井后期生產(chǎn)進(jìn)行精細(xì)化管理。

圖1 電磁閥智能控制全局拓?fù)鋱D

2 智能控制在低產(chǎn)低壓井中的應(yīng)用

當(dāng)氣井進(jìn)入生產(chǎn)后期，產(chǎn)能下降，數(shù)千口氣井為了保持氣井的正常生產(chǎn)需要對其進(jìn)行間歇開關(guān)井操作［10］，這就對人員的現(xiàn)場操作產(chǎn)生了極大的困難，為了解決這一問題，結(jié)合氣井無線遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)［11］，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能控制。智能控制［12－13］的應(yīng)用模式主要是通過組態(tài)智能控制程序?qū)饩姶砰y進(jìn)行控制來達(dá)到間歇生產(chǎn)的目的，每當(dāng)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)滿足程序設(shè)定程序時電磁閥就執(zhí)行開關(guān)井操作。下面分別以蘇38－XXX、蘇37－XX和蘇39－XX－X井為例闡述3種智能控制模式。

2．1 時序控制在間歇井中應(yīng)用

部分間歇井壓力下降較快，流量較小這就要求對它進(jìn)行一定的時序控制來達(dá)到最佳的生產(chǎn)條件。下面就以蘇38－XX－X井為例，進(jìn)行時序控制應(yīng)用分析。

首先，確定智能控制程序是否準(zhǔn)確執(zhí)行開關(guān)電磁閥命令，表1為具體數(shù)據(jù)。

表1 蘇38－XX－X井時序控制測試表

設(shè)置電磁閥條件為5min循環(huán)開啟關(guān)閉操作后，由表1可以看出智能控制程序能夠按照時序進(jìn)行開關(guān)井操作。在此基礎(chǔ)上按照要求設(shè)定時序開關(guān)時間間隔24 h，經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用，在時序開關(guān)井后出現(xiàn)套壓下降值與恢復(fù)值基本一直的情況，流量基本穩(wěn)定，肯定了時序控制最佳應(yīng)用條件。

按照時序控制條件，從圖2中可以看出，電磁閥智能控制在15d時間里按照24h時間間隔很好地執(zhí)行開關(guān)井操作，壓力恢復(fù)及流量穩(wěn)定性都得到很好的調(diào)節(jié)，為間歇井長期穩(wěn)定生產(chǎn)提供了解決辦法。

2．2 套壓控制在間歇井中應(yīng)用

圖2 蘇38－XX－X井動態(tài)曲線圖

由于間歇井大部分套壓較低，當(dāng)套壓低于一定值時氣井產(chǎn)量將大受影響，因此對部分低產(chǎn)低壓井實(shí)施套壓壓力智能控制。首先做一個現(xiàn)場套壓控制測試，確保套壓控制準(zhǔn)確性。以蘇37－XX井為例進(jìn)行模擬測試：

設(shè)置電磁閥關(guān)閉條件為套壓小于5MPa電磁閥自動關(guān)閉。設(shè)置仿真條件后，當(dāng)壓力低于設(shè)定值時電磁閥執(zhí)行關(guān)閉操作。觀察蘇37－XX井油壓緩慢上升、瞬時流量顯示為零，確認(rèn)電磁閥完全關(guān)閉。

設(shè)置電磁閥開啟條件為套壓大于4MPa電磁閥自動開啟。設(shè)置仿真條件后，當(dāng)壓力高于設(shè)定值時電磁閥執(zhí)行開啟操作。觀察蘇37－XX井油壓緩慢下降恢復(fù)正常、瞬時流量顯示3 800m3／d，確認(rèn)電磁閥開啟。

套壓智能控制模擬測試達(dá)到預(yù)期效果后，按照氣井生產(chǎn)規(guī)律設(shè)定蘇37－XX井智能控制系統(tǒng)參數(shù)套壓大于5MPa電磁閥開啟，套壓低于4MPa電磁閥關(guān)閉。電磁閥智能控制與油套壓曲線變化曲線，由圖3可以看出在2012年6月7日、6月23日套壓下降至4MPa時，智能程序控制電磁閥進(jìn)行關(guān)閉操作，管線切斷流量為0，完成控制環(huán)節(jié)。6月10日、6月25日套壓升高到4 MPa時，智能控制系統(tǒng)判斷壓力參數(shù)，遠(yuǎn)程控制電磁閥進(jìn)行開啟動作，管線正常運(yùn)行，流量恢復(fù)。

圖3 37－XX井生產(chǎn)動態(tài)圖

2．3 流量套壓復(fù)合控制在間歇井中應(yīng)用

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，部分間歇井套壓較低，但是流量非常穩(wěn)定。這就給流量套壓復(fù)合智能控制提供了很好的條件。

以蘇39－XX－X井為例進(jìn)行模擬測試智能控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性：

設(shè)置電磁閥關(guān)閉仿真條件：流量小于9 000m3／d電磁閥自動關(guān)閉。設(shè)置仿真條件后，當(dāng)流量低于設(shè)定值時，電磁閥執(zhí)行關(guān)閉操作。觀察蘇39－XX－X井油壓緩慢上升、瞬時流量顯示為零，確認(rèn)電磁閥完全關(guān)閉。

設(shè)置電磁閥開啟條件：套壓大于4MPa電磁閥自動開啟。設(shè)置仿真條件后，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定條件是，電磁閥執(zhí)行開啟操作。觀察蘇39－XX－X井油壓緩慢下降恢復(fù)正常、瞬時流量顯示9 600m3／d，確認(rèn)電磁閥開啟正常。

在套壓流量復(fù)合智能控制模擬測試達(dá)到預(yù)期效果后，設(shè)定該氣井智能控制條件，日流量小于4 000m3時電磁閥執(zhí)行關(guān)閉動作，套壓高于4MPa時執(zhí)行開啟動作。實(shí)際運(yùn)行控制曲線如圖4所示：6月21日該井流量低于設(shè)定值4 000m3時，智能程序控制電磁閥關(guān)閉，管線處于切斷狀態(tài)，油套壓開始升高，6月25日套壓高于4MPa，電磁閥按照設(shè)定程序自動打開，該氣井恢復(fù)生產(chǎn)，達(dá)到智能控制目的。

圖4 蘇39－XX－X井生產(chǎn)動態(tài)曲線圖

3 結(jié)論

從2008年開始經(jīng)過4年的探索與改進(jìn)，該功能已經(jīng)在蘇里格氣田197口間歇井中推廣運(yùn)行，通過運(yùn)行結(jié)果分析表明該智能控制系統(tǒng)實(shí)用性好，可靠性高，應(yīng)用前景廣闊。

1）運(yùn)行穩(wěn)定。2012年電磁閥智能開關(guān)技術(shù)運(yùn)用197口井，運(yùn)行1年以來，總共執(zhí)行開關(guān)井操作1 867次，有效執(zhí)行命令1 798次，有效率99%，整體運(yùn)行穩(wěn)定。

2）工作效率提高。按照原有的人工控制開關(guān)井，以每天有200口氣井遠(yuǎn)程開關(guān)為例，每口井執(zhí)行開關(guān)時間為5min，至少需要2名工作人員每天工作8h的重復(fù)點(diǎn)擊工作，使用智能控制后完全取代了人工手動控制，只需要1名工作人員定期審核開關(guān)井狀態(tài)，工作效率提高8倍。

3）減少人工開關(guān)井作業(yè)。電磁閥智能開關(guān)技術(shù)從基本上解決了間歇井大量開關(guān)井作業(yè)的問題，按照傳統(tǒng)的開關(guān)井制度每天間歇井至少需要10輛車20人進(jìn)行開關(guān)井作業(yè)100井／次，通過智能控制后只需要2～3人觀察開關(guān)井狀態(tài)和日常巡檢工作，節(jié)約了90%以上的人力。節(jié)約車輛費(fèi)及人工費(fèi)用170余萬元。

4）該功能的研究成功并投入實(shí)際應(yīng)用，解決了間歇井開關(guān)控制的難題，也為蘇里格氣田后期數(shù)字化、智能化管理提供了技術(shù)支撐。

［1］冉新權(quán)，何光懷．關(guān)鍵技術(shù)突破，集成技術(shù)創(chuàng)新 實(shí)現(xiàn)蘇里格氣田規(guī)模有效開發(fā)［J］．天然氣工業(yè)，2007，27（12）：1－5．RAN Xinquan，HE Guanghuai．Key technologies broken through and integrated techniques innovated to roll boost highly effecient development in Sulige Gas Field in large scale［J］．Natural Gas Industry，2007，27（12）：1－5．

［2］吳曉東，肖偉，劉曉娟，等．蘇里格氣田氣井工作制度優(yōu)化［J］．天然氣工業(yè)，2007，27（12）：108－110．WU Xiaodong，XIAO Wei，LIU Xiaojuan，et al．Production parameters optimization of gas wells in Sulige Gas Field［J］．Natural Gas Industry，2007，27（12）：108－110．

［3］劉祎，楊光，王登海，等．蘇里格氣田地面系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計［J］．天然氣工業(yè)，2007，27（12）：124－125．LIU Yi，YANG Guang，WANG Denghai，et al．Application of standard design for surface system in Sulige Gas Field［J］．Natural Gas Industry，2007，27（12）：124－125．

［4］張本全，袁萬榮，陳鄲，等．抓技術(shù)集成與管理創(chuàng)新 快速實(shí)現(xiàn)蘇里格氣田規(guī)模有效開發(fā)［J］．天然氣工業(yè)，2007，27（12）：12－15．ZHANG Benquan，YUAN Wanrong，CHEN Dan，et al．Techniques and management pulled together to speed on highly efficient development in the Sulige Gas Field in large scale［J］．Natural Gas Industry，2007，27（12）：12－15．

［5］張新新，趙靖舟，馬靜輝，等．蘇里格氣區(qū)盒8段地層古今構(gòu)造特征及其對氣水分布的控制作用［J］．西安石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，26（3）：14－20．HANG Xinxin，ZHAO Jingzhou， MA Jinghui，et al．Ancient and modern tectonic characteristics of 8thmember of Xiashihezi Formation in Sulige Gasfield，Ordos Basin，China，and their control effects on gas－water distribution［J］．Journal of Xi＇an Shiyou University：Natural Science Edition，2011，26（3）：14－20．

［6］朱迅，韓興剛，高玉龍，等．蘇里格氣田數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］．天然氣工業(yè)，2012，32（5）：78－80．ZHU Xun，HAN Xinggang，GAO Yulong，et al．Research and application of a digitalized emergency commanding system in the Sulige Gas Field，Ordos Basin［J］．Natural Gas Industry，2012，32（5）：78－80．

［7］李祖樞，涂亞慶．仿人智能控制［M］．北京：國防工業(yè)出版社，2003．LI Zushu，TU Yaqing．Simulated intelligent control［M］．Beijing：National Defense Industry Press，2003．

［8］譚揚(yáng)林，謝冬青．?dāng)?shù)字通信原理［M］．長沙：湖南大學(xué)出版社，1999．TAN Yanglin，XIE Dongqing．Principles of digital communication［M］．Changsha：Hunan University Press，1999．

［9］姚國春，張維剛，楊衛(wèi)列，等．基于WINDOWS的微型渦輪發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)［J］．微計算機(jī)信息，2006，25（9）：1－3．YAO Guochun，ZHANG Weigang，YANG Weilie，et al．Windows－based micro－turbine generator data acquisition monitoring system［J］．Microcomputer Information，2006，25（9）：1－3．

［10］何生厚，毛鋒．?dāng)?shù)字油田的理論、設(shè)計與實(shí)踐［M］．北京：科學(xué)出版社，2001．HE Shenghou，MAO Feng．Theory，design and practice of digital oilfield［M］．Beijing：Science Press，2001．

［11］郎需慶，趙志勇，宮宏，等．油氣管道事故統(tǒng)計分析與安全運(yùn)行對策［J］．安全、健康和環(huán)境，2006，6（10）：15－17．LANG Xuqing，ZHAO Zhiyong，GONG Hong，et al．Accident statistical analysis and safety operation measures of the oil－gas pipeline［J］．Safety，Health and Environment，2006，6（10）：15－17．

［12］李友善．自動控制原理［M］．北京：國防工業(yè)出版，1986．LI Youshan．Principle of automatic control［M］．Beijing：National Defense Industry Press，1986．

［13］周彬，楊柳，謝滔滔，等．遙感數(shù)據(jù)和地理信息系統(tǒng)在地震數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用［J］．天然氣工業(yè)，2009，29（10）：31－33．ZHOU Bin，YANG Liu，XIE Taotao，et al．Application of remote sensing data and GIS in seismic data acquisition［J］．Natural Gas Industry，2009，29（10）：31－33．