自動(dòng)化控制系統(tǒng)在新疆阜康煤層氣排采中的應(yīng)用

王琪

摘 要：在新疆阜康白楊河礦區(qū)煤層氣排采過(guò)程中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)體現(xiàn)了在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，能整合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，根據(jù)煤層氣井生產(chǎn)的不同階段實(shí)現(xiàn)對(duì)井底流壓的不同形式控制。結(jié)合無(wú)線網(wǎng)橋和現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化控制柜與視頻攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層氣井排采的遠(yuǎn)程全面掌握并實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)的無(wú)人值守。論文詳細(xì)闡述該控制系統(tǒng)在此項(xiàng)目中的系統(tǒng)配置、控制關(guān)鍵點(diǎn)等。

關(guān)鍵詞：煤層氣井；自動(dòng)化排采；井底流壓；套壓；無(wú)線網(wǎng)橋

中圖分類號(hào)：TE37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）11-0190-02

煤層氣排采即利用機(jī)械舉升設(shè)備將井筒內(nèi)的水舉升到地面，逐步降低井底流壓。隨著井底流壓降低，逐漸形成壓降漏斗并逐步向外擴(kuò)展，進(jìn)而逐步降低煤層的儲(chǔ)層壓力，迫使吸附在煤基質(zhì)孔隙內(nèi)表面的煤層氣被解吸，然后通過(guò)基質(zhì)孔隙的非達(dá)西滲流和擴(kuò)散到天然裂隙，煤層氣再?gòu)牧严吨袧B流到井筒，從而被采出。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

新疆阜康白楊河礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用先導(dǎo)性示范工程主要工作任務(wù)是在該區(qū)前期煤炭、煤層氣工作的基礎(chǔ)上，按照整體部署、分期實(shí)施、滾動(dòng)開發(fā)的原則，在該區(qū)施工50口生產(chǎn)井、1組U型井，并進(jìn)行包括集氣管網(wǎng)、集氣處理站以及相配套的土建工程、輸氣管網(wǎng)、動(dòng)力系統(tǒng)和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)等工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)小規(guī)模化生產(chǎn)和利用，最終建成年產(chǎn)能3000萬(wàn)立方米的新疆第一個(gè)煤層氣開發(fā)利用示范基地。

2 項(xiàng)目需求

新疆阜康白楊河礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用先導(dǎo)性示范工程中，按照項(xiàng)目需求需要建立全套的煤層氣自動(dòng)化排采控制系統(tǒng)，以求通過(guò)自動(dòng)控制裝置對(duì)煤層氣排采實(shí)施精細(xì)化智能管控，實(shí)現(xiàn)煤層氣排采的連續(xù)、穩(wěn)定、長(zhǎng)期，獲得穩(wěn)定高產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)的無(wú)人值守并減少人工巡井的次數(shù)。具體功能包括：

2.1 排采智能管控

2.1.1 煤層氣井管控模式

可設(shè)置手動(dòng)就地模式和遠(yuǎn)程控制等管控模式。

2.1.2 排采制度

煤層氣自動(dòng)化排采系統(tǒng)須在連續(xù)、緩慢、穩(wěn)定。長(zhǎng)期的原則下實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)重要目標(biāo)：

井底流壓控制目標(biāo)：煤層氣井可以按照設(shè)定的井底流壓目標(biāo)自動(dòng)調(diào)節(jié)沖次和產(chǎn)氣閥門開度進(jìn)行過(guò)程管理，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)井底流壓。

套壓控制目標(biāo)：煤層氣井可以按照設(shè)定的目標(biāo)套壓自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)套壓。

2.1.3 報(bào)警及設(shè)備控制記錄

具備井底流壓、套壓、氣量、產(chǎn)水量、液面位置等煤層氣基本井排采參數(shù)的報(bào)警設(shè)置及提示功能；漏氣、卡泵、過(guò)流、抽油機(jī)停機(jī)等故障能做到自動(dòng)報(bào)警；自動(dòng)保存所有用戶的登錄信息及各種操作記錄，可查詢。

2.2 排采數(shù)據(jù)管理

2.2.1 采集數(shù)據(jù)

井底流壓、套壓、產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量、液位、電機(jī)運(yùn)行參數(shù)、管線生產(chǎn)參數(shù)、電參數(shù)、輔助系統(tǒng)參數(shù)等。

2.2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示及歷史數(shù)據(jù)查閱

井場(chǎng)控制面板能看見實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；中控室能做到井場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。數(shù)據(jù)查閱類型能做到支持各種時(shí)間段，包括：秒數(shù)據(jù)、分鐘數(shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)、天數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)顯示方式能包括曲線及圖表類型例如：排采參數(shù)曲線，及數(shù)據(jù)成表，并可按照要求格式導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

2.3 智能安防

主要包括高清井場(chǎng)狀況視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控、聲音嚇阻及遠(yuǎn)程喊話、夜間井場(chǎng)燈光照明遠(yuǎn)程控制。

3 排采自動(dòng)控制系統(tǒng)具體實(shí)施方案

3.1 總體方案

排采自動(dòng)控制系統(tǒng)由三部分組成：（1）井場(chǎng)排采控制系統(tǒng)，包括井場(chǎng)控制柜、井場(chǎng)儀表、地面通信系統(tǒng)；（2）服務(wù)器端應(yīng)用平臺(tái)，包括服務(wù)器軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)等；（3）排采中控應(yīng)用平臺(tái)，包括基于PC的排采中控軟件、移動(dòng)端軟件。

為實(shí)現(xiàn)煤層氣排水、采氣，需要有各類排水泵和排采管控設(shè)備組成的排采系統(tǒng)。影響排采效果的主要因素包括：非連續(xù)性的排采因素、井底流壓控制因素、排采強(qiáng)度因素等。煤層氣排采自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)做到可實(shí)習(xí)連續(xù)平穩(wěn)、逐級(jí)降低井底流壓，控制排采強(qiáng)度，達(dá)到最佳的排采效果。

為了達(dá)到最佳排采效果井場(chǎng)需使用大量自動(dòng)化排采管控終端設(shè)備主要包括：煤層氣排采自動(dòng)控制柜、永久式井下壓力計(jì)、變頻器、電子套壓表、電磁流量計(jì)、氣體流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、功圖測(cè)試儀、無(wú)線網(wǎng)橋、紅外高清攝像頭、燈光、音響等。

3.2 單井自動(dòng)化控制解決方案

對(duì)于煤層氣井單井自動(dòng)化排采，首先要做到的是將井場(chǎng)的各個(gè)儀器儀表讀數(shù)統(tǒng)一接入到井場(chǎng)的煤層氣排采自動(dòng)控制系統(tǒng)RTU中即煤層氣排采自動(dòng)控制柜中。

本項(xiàng)目采用的MPC-100-Z型煤層氣排采自動(dòng)控制系統(tǒng)控制柜與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器儀表采用RS485總線連接，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、雙向傳輸控制。工作時(shí)采集井場(chǎng)系統(tǒng)氣體瞬時(shí)流量、累積流量、系統(tǒng)壓力、瞬時(shí)排水量、累計(jì)排水量、井口套壓、電磁閥開度、井底流壓、井下溫度、抽油機(jī)示功圖、沖次、抽油機(jī)電參數(shù)等參數(shù)，數(shù)據(jù)打包通過(guò)無(wú)線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到終端用戶即中心控制室，同時(shí)可以接受終端用戶發(fā)送的指令來(lái)控制井場(chǎng)所有儀器。

中心控制室技術(shù)人員通過(guò)電腦上安裝的煤層氣排采智能控制軟件接受并查看由無(wú)線網(wǎng)橋傳輸系統(tǒng)傳輸回來(lái)的井場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，從而根據(jù)排采實(shí)際情況及生產(chǎn)需求做出相關(guān)調(diào)整。

3.3 通信系統(tǒng)解決方案

為了保證煤層氣生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各類采集數(shù)據(jù)及時(shí)上傳和各種控制指令的準(zhǔn)確下達(dá)，監(jiān)控視頻和語(yǔ)音通信的順暢傳輸，擁有一套穩(wěn)定可靠、靈活方便的通信支撐系統(tǒng)顯得尤為重要，此次白楊河煤層氣無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸主要采用無(wú)線網(wǎng)橋技術(shù)作為手段，無(wú)線網(wǎng)橋采用的是5.8GHZ頻段進(jìn)行傳輸，具有傳輸距離遠(yuǎn)，帶寬搞等優(yōu)點(diǎn)，能滿足白楊河礦區(qū)煤層氣排采自動(dòng)控制系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)，控制命令及監(jiān)控視頻的實(shí)施傳輸要求。

3.4 中控室布局方案

中心控制室建設(shè)包括硬件建設(shè)和軟件建設(shè)兩部分。

硬件建設(shè)：包括硬件設(shè)備的布局，管理服務(wù)器，磁盤陣列，工控逐級(jí)，操作臺(tái)的位置布局，以及現(xiàn)場(chǎng)的走線布置，以及基礎(chǔ)硬件系統(tǒng)的調(diào)試。

軟件建設(shè)：包括數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)庫(kù)的安裝、雙備份軟件的安裝、以及煤層氣排采智能管理軟件的安裝與調(diào)試。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

煤層氣排采自動(dòng)化控制系統(tǒng)自2014年12月開始在新疆阜康白楊河礦區(qū)煤層氣先導(dǎo)性示范工程中試運(yùn)行，雖然在系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行的初期出現(xiàn)較多的問(wèn)題與狀況，但經(jīng)過(guò)我們與自動(dòng)化工作人員多次對(duì)儀器儀表，控制系統(tǒng)功能、自動(dòng)化控制軟件功能的不斷測(cè)試與多次驗(yàn)收加上自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)人員的不懈努力與不斷完善，目前已經(jīng)基本能滿足煤層氣排采自動(dòng)化排采的需求?；灸茏龅椒€(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)反映井況信息，大幅減少了人工巡井的必要性，有效的節(jié)省了人力。在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的幫助下排采工作按照：連續(xù)、穩(wěn)定、緩慢、長(zhǎng)期的指導(dǎo)方針進(jìn)行的有條不紊。智能報(bào)警系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)則有效的幫助技術(shù)人員快速的發(fā)現(xiàn)井場(chǎng)出現(xiàn)的各類生產(chǎn)問(wèn)題從而做出相應(yīng)的安排使井場(chǎng)真正的做到了無(wú)人值守。

5 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)的儀控系統(tǒng)相比，自動(dòng)化控制系統(tǒng)在煤層氣排采的過(guò)程中充分的展現(xiàn)了它安全、精準(zhǔn)、便捷、高效的優(yōu)勢(shì)，首先從排采效果上看自動(dòng)化控制系統(tǒng)能提供較為穩(wěn)定的井底流壓和套壓控制效果保證了煤層氣排采工作的連續(xù)、平穩(wěn)、長(zhǎng)期，其次自動(dòng)化控制系統(tǒng)能做到井下信息實(shí)時(shí)反饋，大幅減少了人工巡井的必要性，有效的節(jié)省了人力。智能報(bào)警系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)則可以有效的幫助技術(shù)人員快速的發(fā)現(xiàn)井場(chǎng)出現(xiàn)的各類生產(chǎn)問(wèn)題從而做出相應(yīng)的安排使井場(chǎng)真正的做到了無(wú)人值守。但在也存在部分問(wèn)題，首先設(shè)備的穩(wěn)定性尚有待進(jìn)一步提高，部分設(shè)備易老化且一旦出現(xiàn)問(wèn)題對(duì)排采工作影響較大，這也是自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)人員面臨的主要問(wèn)題，但綜合來(lái)看自動(dòng)化控制系統(tǒng)依然是煤層氣排采工作的優(yōu)先選擇。

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