油井監(jiān)控技術(shù)在油田自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值

黃 磊

（宏華（中國(guó)）投資有限公司，四川成都 610036）

1 油田自動(dòng)化系統(tǒng)與監(jiān)控技術(shù)概述

1.1 油田自動(dòng)化系統(tǒng)概述

隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，為了提高生產(chǎn)效率，在很多生產(chǎn)領(lǐng)域中引入了自動(dòng)化控制技術(shù)，并且逐漸成為大型工業(yè)化作業(yè)中必不可少的一部分，其占據(jù)著核心地位，發(fā)揮著保障安全的作用，在油田作業(yè)中同樣如此。油田的自動(dòng)化系統(tǒng)指的是對(duì)計(jì)算機(jī)控制裝置的統(tǒng)稱，因此常常也將其稱為主控系統(tǒng)，猶如人體的大腦與神經(jīng)系統(tǒng)。油田自動(dòng)化系統(tǒng)主要由工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、儀表、PLC 等構(gòu)成。而工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)則又包含UPS、顯示器、主機(jī)、打印機(jī)、音響等等系統(tǒng)；通信網(wǎng)絡(luò)則由現(xiàn)場(chǎng)總線電纜、以太網(wǎng)網(wǎng)線、光纖電纜等構(gòu)成；儀表主要由檢測(cè)、計(jì)量、執(zhí)行構(gòu)件、轉(zhuǎn)換等儀器儀表組成，PLC 則包含電源、CPU、通信、I/O 模塊等部分。

1.2 油井監(jiān)控技術(shù)概述

大部分的油田油井分散在各個(gè)采油場(chǎng)中，很長(zhǎng)時(shí)間一來(lái)，監(jiān)測(cè)與控制油井工作情況是采油場(chǎng)面臨的一項(xiàng)重要且難度較高的工作內(nèi)容，大部分的油井是由油井巡視員或者維修工定期開(kāi)展檢查和維修，但是伴隨著油田自動(dòng)化生產(chǎn)水平的不斷提高，油井無(wú)人值守所逐漸取代了早期的巡視員方式。在油井監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)用的無(wú)線數(shù)傳終端產(chǎn)品以及相應(yīng)的監(jiān)控監(jiān)管，由該系統(tǒng)中的無(wú)線遙測(cè)遙控主機(jī)將單口采油井作用狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以無(wú)線的方式發(fā)送給監(jiān)控中心，通過(guò)各種模式達(dá)到集中監(jiān)控各個(gè)單井狀態(tài)的目的，減少了人力資源成本投入，縮短了發(fā)現(xiàn)和排除油井故障耗時(shí)。油井監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包含油井場(chǎng)內(nèi)各類關(guān)斷閥、控制閥、變送器、井場(chǎng)遠(yuǎn)程終端裝置以及現(xiàn)有的軟件系統(tǒng)。從整體上看，油井監(jiān)控系統(tǒng)可以分成三個(gè)框架，①框架為系統(tǒng)終端，其主要用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中，具備準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)采集儀表負(fù)荷傳感器、電流電壓互感器以及功率因數(shù)變換器等相關(guān)信息；②為網(wǎng)絡(luò)傳輸，當(dāng)前油田自動(dòng)化系統(tǒng)中常應(yīng)用有線網(wǎng)絡(luò)與GRPS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)；③信息中心。其功能是對(duì)監(jiān)控傳輸過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與處理。上述三個(gè)框架分工協(xié)作，共同保證了油井作業(yè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。如圖1所示[1]。

圖1 油井監(jiān)控系統(tǒng)組成

2 油田監(jiān)控技術(shù)在油田自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值

由于在油田作業(yè)過(guò)程中，環(huán)境復(fù)雜，再加上氣候、溫度等各方面的因素，從而增加了獲取和分析數(shù)據(jù)的難度，而引入監(jiān)控技術(shù)后，便能夠?yàn)楹芏喙ぷ鞯拈_(kāi)展提供便利。歸納起來(lái)，在油田自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用監(jiān)控技術(shù)主要有以下應(yīng)用價(jià)值。

2.1 提升油田作業(yè)監(jiān)控的質(zhì)量

在油田自動(dòng)化系統(tǒng)中，借助監(jiān)控技術(shù)，能夠準(zhǔn)確地分析出油田的技術(shù)現(xiàn)狀，協(xié)助管理人員全面了解生產(chǎn)的各種數(shù)據(jù)信息，包含油井的壓力、溫度等，在掌握這些數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，實(shí)施生產(chǎn)管理策略，從而確保了油田生產(chǎn)作業(yè)的安全性與可靠性。

2.2 節(jié)約資源防控風(fēng)險(xiǎn)

在油井作業(yè)過(guò)程中，考慮到大部分區(qū)域?qū)儆谖ｋU(xiǎn)區(qū)域，存在很多不可控因素，在自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)的輔助下，方便對(duì)油井的作業(yè)情況進(jìn)行全面監(jiān)控，有助于降低作業(yè)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，同時(shí)還能掌握配電現(xiàn)狀，采取智能化或者自動(dòng)化的監(jiān)控手段，整合資源，達(dá)到節(jié)約與優(yōu)化配置資源的目的，減少經(jīng)濟(jì)成本支出。

2.3 維護(hù)油井設(shè)備

油井的監(jiān)控系統(tǒng)擁有智能化的特征，系統(tǒng)組成比較全面，操作比較便利。采取模塊化的設(shè)計(jì)形式與圖形化的構(gòu)成，能夠達(dá)到智能分析相關(guān)數(shù)據(jù)，從而確保作業(yè)得以有效執(zhí)行。伴隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的監(jiān)控技術(shù)也不斷得以升級(jí)改造，能夠結(jié)合不同時(shí)間段，采用差異化的工作模式，從而極大地保障了系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)的及時(shí)性，確保能夠信息采集的高效性，達(dá)到保護(hù)油井設(shè)備的目的，延長(zhǎng)了油井設(shè)備的使用時(shí)間[2]。

2.4 減少人力資源成本

在油田作業(yè)開(kāi)采過(guò)程中，因?yàn)楦鞣N因素的影響，存在各種危險(xiǎn)因素，而在油田自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用監(jiān)控技術(shù)，可以避免傳統(tǒng)作業(yè)過(guò)程中由人工監(jiān)測(cè)故障的問(wèn)題，減少了人力資源成本的投入，從而實(shí)現(xiàn)了人力資源的優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)了油田生產(chǎn)作業(yè)和經(jīng)營(yíng)成本投入的最低化。

2.5 提高了生產(chǎn)的安全性

油田生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)大多處于高風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域，威脅作業(yè)人員的生命安全，而在自動(dòng)化作業(yè)過(guò)程中引入監(jiān)控技術(shù)，采取智能化的方式監(jiān)控油田作業(yè)過(guò)程，能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，并迅速采取對(duì)策，降低了安全事故的發(fā)生率，提高了生產(chǎn)的安全性[2]。

3 油井監(jiān)控技術(shù)在油田自動(dòng)化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1 監(jiān)控技術(shù)在電潛泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

電潛泵控制系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程裝置、變速驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，而不同的組成部分決定了其功能與使用標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。其中遠(yuǎn)程裝置的主要功能是對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，同時(shí)還可以控制變速驅(qū)動(dòng)器，而變速驅(qū)動(dòng)器的主要功能是控制電潛泵。為了凸顯油田系統(tǒng)的智能化與系統(tǒng)化特征，常常借助通信功能，將中央監(jiān)控和終端MTU 連接起來(lái)，從而由中央監(jiān)控按照相關(guān)作業(yè)要求控制電潛泵。在油田具體作業(yè)中，常會(huì)發(fā)生運(yùn)行裝置不運(yùn)行的現(xiàn)象，為了避免影響油田生產(chǎn)進(jìn)度和效率，便需要在實(shí)踐中全面掌握各項(xiàng)影響因素，借助變速驅(qū)動(dòng)器收集到的數(shù)據(jù)信息，對(duì)傳感器井底的壓力進(jìn)行控制，從而完成電潛泵的控制工作，確保整個(gè)工作能夠有序開(kāi)展，提升油田生產(chǎn)的效率[3]。

3.2 監(jiān)控技術(shù)在抽油機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了更好地監(jiān)控抽油機(jī)，其一大重要基礎(chǔ)條件便是抽油機(jī)的控制器一致，通常應(yīng)用一臺(tái)抽油機(jī)控制器便可以達(dá)到控制的目的。在開(kāi)展監(jiān)控過(guò)程中，抽油機(jī)控制器的主要功能是記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，從而極大地提升了獲取數(shù)據(jù)信息的效率，減少了時(shí)間支出，能夠?qū)⒂途木唧w工作情況真實(shí)反映出來(lái)。當(dāng)抽油機(jī)完成工作后，再將油溫、壓強(qiáng)等描繪出來(lái)。當(dāng)前，抽油機(jī)油井監(jiān)控常見(jiàn)的系統(tǒng)主要有兩類：①自噴井監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)油嘴位和開(kāi)度進(jìn)行控制來(lái)掌握油田實(shí)際的生產(chǎn)情況，在應(yīng)用時(shí)還需要考慮各項(xiàng)數(shù)據(jù)的完整性與準(zhǔn)確性，從而拓展其采集的范圍，常見(jiàn)的如油壓、油溫等等，從而為油井的開(kāi)采提供參考。②電潛泵油井監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)的核心條件為電潛泵變速驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程裝置，二者均能夠?qū)﹄姖摫眠M(jìn)行控制，從而獲得更多的信息數(shù)據(jù)，從而提升技術(shù)水平[4]。

3.3 監(jiān)控技術(shù)在油田中央監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

油田中央監(jiān)控自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包含現(xiàn)場(chǎng)控制單元和控制中心，在上述系統(tǒng)的相互影響下，推動(dòng)對(duì)油田生產(chǎn)的監(jiān)控。在該系統(tǒng)中，核心部分是控制中心，而現(xiàn)場(chǎng)控制單元?jiǎng)t是保障系統(tǒng)運(yùn)行正常。為了確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和效果，需要搭配穩(wěn)定的電源和計(jì)算機(jī)，只有電源對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)性供電，才能確保油田中央監(jiān)控自動(dòng)化控制系統(tǒng)始終處于工作狀態(tài)。另外，油田中央監(jiān)控自動(dòng)化耦控制系統(tǒng)能夠詳細(xì)記錄并全面分析油井作業(yè)形成的數(shù)據(jù)信息，并匯總記錄的信息，通過(guò)表格的形式體現(xiàn)數(shù)據(jù)，方便工作人員詳細(xì)分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)信息對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，從而明確該控制系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，分析問(wèn)題的原因所在，制定相應(yīng)的解決方案和措施，找準(zhǔn)故障點(diǎn)和事故發(fā)生位置，以免該系統(tǒng)運(yùn)行存在的巨大的安全隱患。由此可見(jiàn)，將監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用在油田中央監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)中，最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠同時(shí)處理多個(gè)客戶端，充分滿足客戶的不同需求，并第一時(shí)間將具體的數(shù)據(jù)信息反饋回來(lái)，方便相關(guān)工作人員迅速找到對(duì)應(yīng)的資料，進(jìn)一步優(yōu)化和完善工作流程。

4 將油井監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用在油田自動(dòng)化系統(tǒng)中的保障措施

4.1 掌握系統(tǒng)原理，提高系統(tǒng)應(yīng)用效果

油井監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用在油井自動(dòng)化系統(tǒng)中主要包含通信系統(tǒng)、監(jiān)控中心、井口設(shè)備三個(gè)方面。其中通信系統(tǒng)的主要功能是在公共信息平臺(tái)的支撐下實(shí)現(xiàn)通信；監(jiān)控中心主要由數(shù)據(jù)收發(fā)程序、數(shù)據(jù)接收器、web 發(fā)布系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等構(gòu)成；井口設(shè)備則主要由主機(jī)、多種測(cè)量傳感器等構(gòu)成。每隔固定的時(shí)間段，傳感器便可以完成一次數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)將獲得的數(shù)據(jù)利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給主機(jī)，當(dāng)主機(jī)在接收到該數(shù)據(jù)后，對(duì)比通信協(xié)議完成數(shù)據(jù)的篩選與密封，在GPRS 技術(shù)的輔助下，按照既定的周期間隔將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心固定的IP 上，當(dāng)后臺(tái)軟件在接收到數(shù)據(jù)信息后，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信息處理后，將其轉(zhuǎn)變成可讀數(shù)據(jù)，也可以將其用圖表的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，也可以通過(guò)發(fā)送短信發(fā)送至手機(jī)，借助GPRS 技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控圖片。

4.2 重視各功能模塊的安裝質(zhì)量，增強(qiáng)應(yīng)用效果

具體而言，可從以下幾個(gè)方面著手：①監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)安裝環(huán)節(jié)，需要以油井實(shí)際情況作為基礎(chǔ)，將主機(jī)安裝在點(diǎn)控制柜中，并將其固定好。②在載荷傳感器這一安裝環(huán)節(jié)中，應(yīng)當(dāng)將其安裝在方卡子與懸繩器中間，并注意將其壓緊。③在壓力傳感器這一安裝環(huán)節(jié)中，首先需要將閥門(mén)關(guān)閉，再完成壓力傳感器的安裝，將其擰緊后再將閥門(mén)打開(kāi)。④在安裝溫度傳感器時(shí)，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境進(jìn)行安裝，通常是先在油管上安裝盲管，然后再在油管上安裝盲管，最后再安裝溫度傳感器。⑤在安裝電泵井主機(jī)時(shí)，需要將其安裝在電泵室中，然后在電控制柜中安裝EDA0933，最后連接好數(shù)據(jù)線、電源線、主基線等部分。⑥在自噴井與氣井監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)這一安裝環(huán)節(jié)中，考慮前者屬于無(wú)線傳感器，其內(nèi)置干電池，從而方便結(jié)合數(shù)據(jù)的發(fā)送頻度提高其使用壽命，同時(shí)通過(guò)太陽(yáng)能的方式實(shí)現(xiàn)供電，因此通常將其主機(jī)安裝在自噴井與氣井的工作臺(tái)頂部。

4.3 注重監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試

當(dāng)完成上述工作后，還需要及時(shí)檢驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果，所以還需要高度重視系統(tǒng)的調(diào)試。在試用階段，需要結(jié)合運(yùn)行的具體情況來(lái)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的功能不斷優(yōu)化，從而全面保證整個(gè)系統(tǒng)處于安全的運(yùn)行狀態(tài)。

4.4 采取有效措施提高油田自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性

具體主要采取兩個(gè)措施：①采用自動(dòng)監(jiān)控方式。由于油田作業(yè)環(huán)節(jié)多，過(guò)程復(fù)雜，再加上工作環(huán)境惡劣，容易受到氣候、環(huán)境等因素的影響，假如采取傳統(tǒng)人工的方式監(jiān)控油田作業(yè)，難度較高，而且還可能影響油田生產(chǎn)的穩(wěn)定性與安全性，引起各類安全隱患。因此在油田自動(dòng)化系統(tǒng)中采用油井監(jiān)控技術(shù)，不僅可以幫助油田作業(yè)人員迅速了解油井具體的工作壓力、蒸汽溫度、采油電壓等，而且通過(guò)這些信息對(duì)作業(yè)的安全性、穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，針對(duì)不安全因素及時(shí)制定策略。另外，在油井自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用油井監(jiān)控技術(shù)，即便在高壓高危的環(huán)境下，依然能夠全面監(jiān)測(cè)油井的實(shí)際工作情況，實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置。②注重計(jì)算機(jī)安全保障系統(tǒng)的優(yōu)化。當(dāng)前已經(jīng)全面步入了信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)滲透到人們生產(chǎn)與生活的各個(gè)領(lǐng)域中，假如不能針對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)置相應(yīng)的安全保障系統(tǒng)，便容易遭受黑客的攻擊，進(jìn)而修改甚至破壞數(shù)據(jù)，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)造成難以預(yù)估的危害，因此在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，還需要積極應(yīng)用數(shù)據(jù)加密技術(shù)以及其他安全防護(hù)手段。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，油井監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用在油田自動(dòng)化系統(tǒng)中，其主要包含應(yīng)用在電潛泵控制系統(tǒng)、抽油機(jī)系統(tǒng)、中央監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)中，不僅可以提升油田作業(yè)監(jiān)控的質(zhì)量，節(jié)約資源防控風(fēng)險(xiǎn)，而且還能維護(hù)油井設(shè)備，保證油田作業(yè)安全有序進(jìn)行。同時(shí)還有助于提升油井工作工作效率和工作水平，推動(dòng)我國(guó)油田生產(chǎn)朝著智能化的方向發(fā)展。