长庆油田数字化采油技术

doi:10 3969/j issn 1006 6896 2011 1 001长庆油田数字化采油技术张会森1 闫苏斌1 贾银娟1 郑飞1 肖铁果21中国石油长庆油田分公司培训中心 2中国建筑第七工程集团四分公司摘要:随着自动控制技术、通讯技术、计算机技术的不断成熟,网络的不断普及,使得在原油生产中采用数字化技术采油成为现实。

数字化采油是一个融数据自动采集、生产流程自动监控和风险自动识别的复杂的系统工程。

该技术的关键是对油田基本生产单元井场、输油管线和增压站中的生产数据进行精确采集,这样才能准确控制原油生产过程。

关键词:数字化采油;变频输油;定时投球;管理编者按 为配合各油田更好地开展数字化建设,特组织几篇数字油田方面的文章,将分别在2011年初的几期 数字油田 栏目中刊出长庆油田地处陕、甘、宁及鄂尔多斯盆地,油区分布面积大,油井比较分散,给油田原油生产管理带来很大难度。

随着自动化技术、计算机技术、网络技术以及量油计算模型技术的成熟,长庆油田大力发展数字化采油技术,以适应大油田管理和大规模建设的需求。

此技术将提高数据采集的准确率,提高管理效率,降低管理难度,减少人工劳动强度。

数字化采油是一个融数据自动采集、生产流程自动监控、风险自动识别的复杂的系统工程。

该技术的关键是对油田基本生产单元井场、输油管线和增压站中的生产数据进行精确采集,这样才能准确控制原油生产过程。

1 技术架构数字化采油是集数据自动采集、生产流程自动监测、数据集中共享、远程实时监控和风险自动识别于一体,在油田中以井、站和管线等基本生产单元为管理对象的综合生产管理系统[1]。

从技术角度可将数字化采油系统的体系结构划分为5个层次,如图1所示。

第1层:在井场的抽油机和增压站中的生产设备上安装带有数据远传功能的自动化仪表,例如压力传感器、载荷位移传感器等,采集各种生产数据,并通过有线和无线网络传输到增压站控制系统中。

第2层:在增压站和联合站安装采油生产监控系统,将自动化仪表采集来的数据进行处理,实现采油井场和集输站点生产流程的监控,并实现自动报警和预警功能。

第3层:将自动化仪表采集来的生产数据,采用一定的存储策论,存储到共享的数据库中。

共享数据库有关系数据库和实时数据库两种。

第4层:由若干台服务器组成的服务器机群,提供WEB服务、视频监控服务、生产工况服务和专家方案等。

图1 数字化采油系统整体架构第5层:网络采油生产管理平台适用于采油厂对全部的增压点和井场进行统一管理,实现采油生产的集中管理和油藏的精细管理。

数字化采油系统即面向于油田前端的数据采集和生产监控,又面向于作业区、采油厂的动态分析和油藏管理。

系统实现了与生产岗位相结合,与劳动组织相结合,与基本生产单元相结合的实用、有效的管理模式。

2 关键技术2 1 生产数据自动采集准确、稳定的采油生产数据的采集是数字化采油的基础性和关键性技术。

生产数据的采集分为两大部分:采油井场的数据和增压站的生产数据采集。

针对这两部分数据设计了两种数据自动采集模式。

2 1 1 采油井场的数据自动采集在采油井场主要监控油井和注水井的生产运行状态,因此需要采集其生产运行数据。

对于油井,需要采集的数据包括抽油机的悬重载荷、光杆位移、抽油机的运行功率、井口的油压和套压。

针对需要的数据,分别采用载荷位移传感器、井口压力变送器、抽油机电参模块和抽油机远程启停控制模块等自动化仪表来采集相应的数据。

另外每台抽油机上安装一个RTU,对采集来的数据进行A/D 转换和打包,通过无线网络对外发送。

油井数据采集示意图如图2所示。

图2 油井数据采集示意图(1)无线载荷位移传感器。

将载荷传感器和位移传感器合二为一,应用太阳能自动补充能量,采用无线方式传输数据。

该装置采集出来的位移和载荷数据用于绘制抽油机的示功图,通过示功图可以得出抽油机的泵况、产液量、动液面等相关数据,以此来判断抽油机的运行情况和采油状况[2]。

(2)压力变送器。

在油井井口装置上安装两个压力变送器,一个测量油管压力,另一个测量套管压力。

该装置可检测油井的压力,便于分析地层压力情况。

(3)电参控制柜。

机柜中装有抽油机电参采集模块和抽油机远程控制模块,采集抽油机电机的运行电流、电压、功率等参数,并可以实现远程控制抽油机的启停。

(4)RTU 机柜。

对采集来的载荷、位移、压力等数据进行A/D 装换,并收集整理、打包各项数据信号,通过网络将数据传输至站点,同时接受站点的各种控制命令。

对于注水井需要采集的数据包括注水管线的压力、注水管线的瞬时流量和累计流量,针对所需要的数据,配备压力变送器和智能稳流配水流量计。

注水井数据采集系统主要由稳流配水流量计、压力变送器和协议箱组成。

稳流配水仪用于采集注水井的瞬时注水量和累计注水量,并可以自动进行远程配注。

压力变送器用于采集注水管线的压力,实时监测注水井生产动态。

协议箱接受稳流配水流量计和压力变送器采集的数据,并进行A/D 转换和整理打包,通过网络将数据传输至站点,同时接受站点的各种控制命令。

2 1 2 增压站的数据自动采集增压站是井场来油的汇聚点,主要完成对井场来油进行加热、缓冲、增压和外输等功能。

增压站是采油过程中重要的基本生产单元,是原油运输过程的第一个环节。

因此,对增压站进行数据采集和生产流程监控是很必要的。

增压站需要采集的数据需是增压站生产过程中的关键数据,为此设计了增压站 数据采集123 采集模式,概括的讲包括1个温度、2个液位、3个压力,如图3所示。

图3 站点数据采集示意图1个温度是指在加热炉外输管线出口安装温度变送器,采集原油经加热后的温度,监视原油外输温度和锅炉运行状况。

2个液位是指缓冲罐液位和投产作业箱液位。

缓冲罐安装翻板式磁浮子电热液位计,实时监测缓冲罐液位;为变频连续输油提供控制信号;当输油泵在最低转速下运行,进站液量不足以实现连续输油时,为自动启停输油泵提供控制信号。

投产作业箱安装翻板式磁浮子电热液位计,实时监测投产作业箱液位,实现远程盘库。

3个压力中一个是收球筒入口管线安装压力变送器,与井场出口压力对比,判断输油管线破漏情况;另两个分别是输油泵进、出口管线安装压力变送器。

它们可以实现三个功能: 通过进、出口压力变化,判断输油泵工况; 输油泵进口和缓冲罐处于同一压力系统,通过输油泵进口压力为缓冲罐超限报警提供压力信号,并且作为判断加热炉供气压力的依据; 通过输油泵出口压力和联合站进站压力差判断输油管线破漏情况。

2 2 远程启停抽油机抽油机远程启停控制是为井场无人值守创造条件的关键技术,并且在特殊情况下可以大大降低人工劳动量,提高生产现场操作安全性。

为了降低成本,提高可操作性,通过在原抽油机启动柜安装电参采集模块,并将其接线端子与启动柜启动按钮并联,实现抽油机远程启动;与停止按钮串联,实现抽油机远程停止。

抽油机远程启停的工作原理见图4。

站点值班图4 抽油机远程启停的工作原理人员在站控系统中发出抽油机启停指令,利用网络将其传输到井组RTU 控制箱中;井组RT U 再将信号传输到井口RT U,井口RT U 将数字信号转换为模拟信号,传递到抽油机上的电参采集模块,控制电机的启停,实现抽油机的启动和停止。

2 3 变频连续输油输油泵是增压站生产运行过程中主要能耗设备,变频调速节能技术是实现输油系统节能的有效技术途径。

变频调速是通过改变供电电源频率来实现电机的无级调速。

由于泵功率消耗与其转速的立方成正比,因此降低电机转速可大大减少电机的输入功率,提高系统效率和功率因数,达到节能的目的;同时,变频调速可实现连续输油,降低工人的劳动强度,减少事故隐患。

为了实现变频连续输油,在缓冲罐上安装磁浮子电热液位计,配合变频器,实现连续输油和外输油泵的自动启停。

变频连续输油的原理见图5。

图5 变频连续输油原理当缓冲罐液位到达上限时,通过磁浮子电热液位计将信号传递给变频柜;变频柜自动启动外输油泵,并将缓冲罐液位信号与站控系统中液位设定值比较,实时调节泵的转速,控制排量向外输油,保持缓冲罐的液位进出平衡,将管内液位稳定在所设定的位置,从而达到连续输油。

当进液量小于外输量液位且下降到下限时,传感器将信息传递给变频柜,变频柜自动停泵,停止输油。

2 4 自动投球清蜡石油的主要成分有烷烃、环烷烃、芳香烃3类,C1~C4烷烃是溶解在石油中的气态烃,C5~C16烷烃为液态,C17以上的烷烃在常温下呈固态。

原油从地下高温状态被抽到地面时,温度降低就会结蜡,温度越低,结蜡越严重。

清除输油管壁上的蜡质是保证采出的原油顺利外输的重要工作。

清蜡的方法很多,最简便有效的方法就是投球,即在输油管线中将与管线内径相等或略小于内径的橡胶球,通过特定装置投进管线,球在油压的作用下沿着管线移动,刮掉管壁上的蜡质,达到清蜡的目的[3]。

投球是采油作业中每天要进行的工作之一,传统的投球操作过程复杂,且需要停井,影响正常输油。

在采油井场中安装定时自动投球清蜡装置,可以实现在不停井的情况下自动完成投球过程,也为井场的无人值守创造了条件。

定时自动投球清蜡装置主要由装球筒、球阀阀芯、定时自动控制面板等构成,其核心部件是中空的球阀阀芯。

在定时自动控制面板上设定好投球时间和投球间隔等参数,该装置通过球阀阀芯自动发球清管。

目前该装置一次最多装10个球,投完球后自动报警,提示到井场再次装球。

3 对油田管理方式的改变长庆油田采油七厂白豹作业区数字化采油技术的应用对油田原有的管理模式产生了很大的冲击,改变了原有油田管理模式,简化了管理组织架构,doi:10 3969/j issn 1006 6896 2011 1 002采油信息平台辅助决策功能的实现谢巍1 张胜利1 郭吉民1 陈蕾1 曾令兵1 罗毅1 李雅明21华北油田采油工艺研究院 2华北油田采油一厂摘要:结合华北油田已开发的各种应用管理系统,开发建设统一的数据处理平台,对各种信息做综合处理,形成集成报表系统、方案系统、快速响应系统、功图计量系统及各种优化应用系统的新型辅助决策平台。

从目前的 数字化油田 建设考虑,采油生产系统信息集成应由7部分组成,结构划分为环境层、数据层、专题库层、模型层、应用层、集成层和战略层。

利用功图计量和油井诊断优化模型进行油井实时诊断辅助决策系统建设,为采油信息化管理应用开拓一条切实可行的新思路,将采油工程上升到辅助决策的层面。

关键词:信息平台;功图;产液量;诊断;优化;决策1 研究的目的与意义华北油田的信息化建设已经有10年的基础,现在各采油厂都已经具备了不同规模的信息管理系统。

但这些系统互相独立,造成各系统不能协调运作,不能对各种信息做综合处理,这大大影响了生产决策速度。

暴露出来的主要问题是大量的数据和后期分析处理不够的矛盾,信息系统的高速发展和应用管理相对落后之间的矛盾,采油厂各信息工程互不统一的矛盾,而且随着信息化工程的不断发展完善,这些矛盾更加突显。