油田油井智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

邱煦宇

摘要：中國的油田都是較為分散的分布在各地，一般情況下油田周圍環(huán)境也十分復(fù)雜，油田井場會經(jīng)常遭到自然環(huán)境和人為的破壞，甚至出現(xiàn)盜竊，已對油田開發(fā)的正常運(yùn)行構(gòu)成威脅。隨著我國石油工業(yè)的迅速發(fā)展，我國油田的生產(chǎn)和建設(shè)也逐步走上了數(shù)字化、信息化的道路。油田井場智能監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展能夠保證石油生產(chǎn)和運(yùn)輸安全。在此基礎(chǔ)上，探討了油田油井智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，以供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：油田油井；智能監(jiān)控系統(tǒng)；研究；設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）19-0210-02

1 油田采油工作中井場監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建要求分析

中國的大多數(shù)油田位于現(xiàn)場交通不便、自然環(huán)境十分惡劣的地區(qū)，同時(shí)又加上盜竊和破壞的問題，使得石油生產(chǎn)和運(yùn)輸安全受到嚴(yán)重威脅。石油開采工作的一個(gè)重要組成部分就是做好安全控制工作。井場智能監(jiān)控系統(tǒng)的建立，首先需要建立在了解控制要求和現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求的基礎(chǔ)上。從不同角度來說，對于井場監(jiān)控會有不同的需求。對石油的儲層分析后發(fā)現(xiàn)，對油井現(xiàn)場的控制包括對鉆油壓力、套管壓力和油氣比、含水率、井下溫度和壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控分析，加強(qiáng)對油藏管理的可視化。在油田油井的生產(chǎn)中，需要嚴(yán)格的控制井口出油溫度等參數(shù)，從而對油井到計(jì)量點(diǎn)的集屬進(jìn)行合理的技術(shù)管理；通過實(shí)時(shí)監(jiān)控抽水機(jī)示功圖能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)情況；通過對電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控確保其正常運(yùn)行；通過監(jiān)控井場周圍環(huán)境以及電網(wǎng)，對現(xiàn)場供電和生產(chǎn)設(shè)施的安全進(jìn)行合理控制。對于井場的監(jiān)控需求來說，通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，油井智能監(jiān)控能夠?qū)诘穆┯颓闆r及抽油機(jī)的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)監(jiān)控井場的作業(yè)是否規(guī)范的問題，通過視頻監(jiān)控人員就可以看到工作現(xiàn)場情況，一旦出現(xiàn)問題就能夠及時(shí)發(fā)布停止作業(yè)指令，并進(jìn)行檢查，從而有效地防止現(xiàn)場操作錯(cuò)誤造成的安全事故。此外，油井智能監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)有電機(jī)遠(yuǎn)程啟停、井場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測、產(chǎn)液自動計(jì)量、闖入智能分析、工作狀態(tài)智能分析等功能。這些功能可以通過系統(tǒng)及智能的操作對油井的情況及時(shí)的監(jiān)測和控制，避免發(fā)生油井安全問題。

2 油井的監(jiān)控分類

2.1 自噴井的監(jiān)控

自噴井需要收集油壓力、套管壓力、回壓和油溫度的數(shù)據(jù)，如果使用了電可調(diào)噴嘴，還需要收集油嘴閥位的數(shù)據(jù)，并控制油嘴的開口度。

2.2 氣舉井的監(jiān)控

氣舉井是一種在油田開發(fā)的中間階段采用的開采方法，與自噴井不同的是氣舉井增加注氣舉氣控制。

2.3 電潛泵油井的監(jiān)控

電潛泵油井是由電潛泵RTU和電潛泵變速驅(qū)動器組成的監(jiān)控系統(tǒng)。由變速驅(qū)動器對電潛泵進(jìn)行控制，這種監(jiān)控沒有遠(yuǎn)程控制功能，是根據(jù)生產(chǎn)的需求，把電潛泵和井下壓力傳感器和油井底部進(jìn)行連接，通過電纜和電潛泵連接變頻調(diào)速驅(qū)動，連接好的壓力傳感器對井底壓力進(jìn)行測量，通過對電潛泵驅(qū)動器的控制保持井底壓力不變。

2.4 抽油機(jī)油井的監(jiān)控

抽油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)包括變送器、井場RTU以及電機(jī)控制柜三部分。電機(jī)控制柜主要是對抽油機(jī)的電機(jī)運(yùn)行進(jìn)行控制，并且把電機(jī)的電壓、電流、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)傳輸給井場RTU。在大部分的油田作業(yè)中，抽油機(jī)一般用人工舉升的方式進(jìn)行抽油操作。一旦油層的供油能力不抵抽油機(jī)設(shè)備的抽油能力，會形成泵抽空狀態(tài)。在這種情況下，游動凡爾在下沖程時(shí)會對液體表面進(jìn)行沖擊，增加壓力和沖擊波，從而會損壞抽油桿、泵以及地面抽油設(shè)施。同時(shí)，這種狀態(tài)會降低生產(chǎn)效率，消耗大量能量。因此，對抽油機(jī)油井進(jìn)行自動化遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷，能夠滿足生產(chǎn)要求。

3 智能監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1 監(jiān)控中心

由于數(shù)字化抽油機(jī)與傳統(tǒng)抽油機(jī)的組合，推動了油田生產(chǎn)的數(shù)字化、智能化向前發(fā)展。我國大多數(shù)油田油井的數(shù)字化抽油機(jī)很好的融入了智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過智能監(jiān)控系統(tǒng)，油田油井現(xiàn)場的信息采集、狀態(tài)監(jiān)測和抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視都可以實(shí)現(xiàn)全程實(shí)時(shí)監(jiān)控。大多數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)包括現(xiàn)場信息采集和聯(lián)合站監(jiān)控中心兩部分，數(shù)字化抽油機(jī)通過信息采集軟件采集到現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并傳輸至井場通信協(xié)議箱，然后通過網(wǎng)絡(luò)將信息反映在聯(lián)合站監(jiān)控中心，通過系統(tǒng)分析，監(jiān)控中心評估井場及抽油機(jī)的工作狀態(tài)，從而做出正確的判斷。在這樣的方式可以及時(shí)的反映和處理現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)智能控制。

3.2 數(shù)字化抽油機(jī)

在油田油井智能監(jiān)控系統(tǒng)中，其核心部分是數(shù)字化抽油機(jī)的智能化監(jiān)控，對整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和工作進(jìn)度都產(chǎn)生影響。油田油井的抽油機(jī)的智能化開發(fā)，幫助智能監(jiān)控系統(tǒng)的形成并推動其進(jìn)一步的發(fā)展。數(shù)字抽油機(jī)有采集和數(shù)據(jù)傳輸功能，利用攝像頭還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過無線網(wǎng)橋接收信息，然后利用軟件分析和處理信息，能夠保證智能化操作的有效性和即時(shí)性。

4 油田油井智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件分析

4.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成

油田油井智能監(jiān)控系統(tǒng)主要包括四層結(jié)構(gòu)，第一層是數(shù)據(jù)采集，基于數(shù)字化抽油機(jī)控制軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測油井參數(shù)，也可以與智能化視頻監(jiān)控軟件相結(jié)合，采集油田井場現(xiàn)場生產(chǎn)情況。第二層是數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸層將采集層和監(jiān)控中心連接起來，快速傳輸數(shù)據(jù)。第三層是數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理層是基于智能分析軟件，通過及時(shí)分析和控制收集并傳輸過來的數(shù)據(jù)，控制油井現(xiàn)場設(shè)備。第四層是人機(jī)界面，人機(jī)界面層通過工作人員的操作能夠滿足查詢、分析、監(jiān)控的需要。智能監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)字化抽油機(jī)控制軟件、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和智能分析軟件是最重要的三個(gè)軟件。

4.1.1 數(shù)字化抽油機(jī)控制軟件

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心就是數(shù)字化抽油機(jī)的控制軟件。數(shù)字化抽油機(jī)的控制軟件的主要程序包括電機(jī)保護(hù)程序、最佳沖次判定程序、平衡調(diào)整程序、故障自診斷程序，這些程序既能夠采集和分析數(shù)據(jù)，也能利用抽油機(jī)的控制功能對最佳狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，還能對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做出控制決策。它作為一個(gè)重要的油井現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集軟件，最大的優(yōu)勢是通過軟件的組態(tài)形式使得對整個(gè)系統(tǒng)的控制目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，并且各模塊的基本功能能夠集成監(jiān)控層系統(tǒng)。同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的結(jié)合以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，數(shù)字化抽油機(jī)的控制軟件能夠集中管理控制，并通過設(shè)置人性化的界面，將油田油井現(xiàn)場智能分析軟件提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成分析。

4.1.2 視頻監(jiān)控軟件

視頻監(jiān)控軟件是數(shù)字化抽油機(jī)控制軟件后第二大主要軟件。視頻監(jiān)控軟件通過視頻硬件級圖像分析程序的檢測監(jiān)控視頻捕捉到的圖像，將實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，鎖定油田油井現(xiàn)場的工作環(huán)境以及抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，將拍攝到的視頻傳輸?shù)奖O(jiān)控窗口，確?，F(xiàn)場工作環(huán)境。視頻監(jiān)控軟件和智能控制平臺相互之間保持聯(lián)系，監(jiān)控畫面可以通過工作人員對控制平臺的操作進(jìn)行切換，可以隨時(shí)上傳監(jiān)控視頻記錄，工作人員可以隨時(shí)進(jìn)行查看和取證。

4.1.3 智能分析軟件

智能分析軟件分析起著重要的分析作用，及時(shí)評估和處理油田井場信息，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能控制。井場數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)信息是智能分析軟件的基礎(chǔ)。通過對油田井場采集到的抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)、油壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，智能分析軟件可以及時(shí)控制油田井場的抽油機(jī)和其他情況，并及時(shí)處理故障和問題，進(jìn)行報(bào)警，從而保證油田油井現(xiàn)場抽油機(jī)的正常運(yùn)行和工作環(huán)境的安全?；谟途?jì)量軟件和功圖分析軟件的智能分析軟件，分析軟件通過識別和分析，可以自動進(jìn)行故障診斷，從而達(dá)到動態(tài)分析的目的。

4.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)在采油中的應(yīng)用功能

在生產(chǎn)過程中，油田油井智能監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮著多重功能，它的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控功能依賴于控制中心，將抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和現(xiàn)場操作情況通過監(jiān)控中心系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測，例如故障修井作業(yè)、抽油機(jī)漏油等情況，并且對發(fā)生的特殊情況通過分析系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。闖入分析功能能夠針對視頻監(jiān)控檢測到的車輛和人員出入情況進(jìn)行分析，遇到可疑情況及時(shí)報(bào)警，確?，F(xiàn)場的安全生產(chǎn)。產(chǎn)液自動計(jì)量功能能夠及時(shí)記錄和分析油井的產(chǎn)液量，并及時(shí)將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。井參實(shí)時(shí)顯示功能主要用于顯示和記錄抽油機(jī)的參數(shù)。

5 結(jié)束語

我國智能井場監(jiān)控系統(tǒng)隨著智能化和信息系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，將得到越來越廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用將更加符合油田的實(shí)際需要。智能井場監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場無人值守和智能實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)使油田的采油效率得到有效地提高，促進(jìn)了油田生產(chǎn)和管理的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張媛. Missan油田（伊）油井智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]. 西南石油大學(xué)， 2015.

[2] 陳仕杰. 基于ARM的油井智能測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 北京工業(yè)大學(xué)， 2015.

[3] 周福鵬. 基于KINGVIEW的油田計(jì)量間數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)[D]. 曲阜師范大學(xué)， 2015.

[4] 李鵬輝. 基于深度學(xué)習(xí)的油井功圖智能識別[D]. 河南科技大學(xué)， 2015.

[5] 盧珂. 智能油田無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[D]. 山東大學(xué)， 2015.

[6] 付長順， 侯萬雍， 金德明， 趙長宏. 基于GPRS的數(shù)字油田智能監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 化工自動化及儀表， 2015（3）.