油气水井的数据采集.pdf

置 麦旦 D o i l 0 ． 3 9 6 9 ．i s s n ．1 6 7 1 1 0 4 1 ．2 0 1 3 ．0 4 ．0 0 6 油气水井的数据采集 纪 红 中国石油规划总院，北京 1 0 0 0 8 3 日抖 遮进盛墨日 摘要井场数据采集是 “ 油气田地面工程数字化建设”的组成部分 。通过相关传感器，自动采集油气水井的生产数据；通 过摄像头、气体检测装置、自动报警装置等，对重点油气井、高危险井等生产环境进行实时监测，及时发现生产现场人为 破坏、可燃及有毒气体浓度超标等情况；通过远程控制设备，对油气水井生产过程实现自动控制和无人值守，降低用工需 求和劳动强度，实现安全生产。从而为 “ 油气田地面工程数字化建设”提供油气水井的生产数据。本文主要介绍井场的分 类、数据采集的内容、主要数据采集设施、井场采集控制的数字化平台功能应用。 关键词井场；数据采集；油气水井；变送器 中图分类号T P 2 9 文献标志码A Da t a a c q u i s i t i o n o f o i l a nd g a s we l l s J I Ho n g P e t r o Ch i n g P l a n n i n g E n n e e r i n g I n s t i t u t e ， Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， Ch i n a Ab s t r ac t Fi eld da t a ac qu i s i t i on i s o ne p a r t o f t h e di g i t a l c o n s t r u c t i on o f o i I an d ga s f iel d s u rfa c e e n gi n e er i n g． Th e r elev an t s e ns or c an au t o ma t i c a l l y a c h i e v e d a t a a c qu i s it i o n o f o i I a n d g a s p r o du c t i o n wel l s ； t h e c a mer a ． g a s d e t e c t i o n d e v i c e ． au t o ma t ic war n i n g d e v i c e c a n a c h i e ve r e al t i me mon it or i n g o f t h e p r o d u c t i on e n v i r o n me n t o n t he o i I a n d g as we l I an d h i g h r i s k we l ls ． s O t h a t t h e man - ma de d ama g e o f p r o d u c t i o n s it e c an b e t a r g e t e d． I f t h e f lammab l e an d t o x i c g a s C 0 n c e n t r a t i O n s e x c e e d t h e s t a n d a r d ． t h e r emo t e c o n t roI d e v i c e f or o i l ． g a s welI p rodu c t ion p r o c e s s c a n f i n d t h is s it u a t i o n ． T h e a u t o ma t ic c o n t r o l c a n r ed u c e Iab or d e man d a n d l ab or i n t e n s i t y 。 a n d a c h i e v e s a f e p r od u c t ion ． As a r e s u l t ， p rod u c t i o n d a t a o f o i l a n d g a s we l l s c a n b e o b t a i n e d f o r t h e d i g i t iz a t i o n o f o i l a n d g a s f i e l d s u rf a c e e n g i n e e r i n g ． T h i s p a p e r ma in ly i n t r o du c e s t he a p p l i c a t i o n o f digit a I pla t f or m f u n c t i o n o f we l I s i t e c la s s if i c a t i o n ， d a t a c o l l e c t i o n c o n t e n t ， ma i n d ata a c q u i s i t i o n f a c i l it i e s a n d s i t e a c q u i s i t i o n c o n t r o1 ． Ke y wor d s we l l s i t e； d a t a a c qu is i t io n； o i l an d g a s we l l s ； t r a n s mi t t e r 0 引言 各油气田在地域、建设模式 、工艺技术 、管理方式等 方面各不相同，信息不对称，缺乏数字化相关的标准对规 范各油气地面工程数字化建设进行指导 ，这些导致各油气 田数字化建设差异较大。 “ 十一五”期间，各油气田结合 生产实际，进行了不同程度的数字化建设与应用的探索实 践，取得了一定成效 ，积累了宝贵经验 。本文参考 油气 田地面工程数字化建设规定 试行 的相关要求 ，总结 了各类井场数据采集内容及井场主要设施。 l 主要井场分类及数据采集内容 1 ． 1 油 井 油井分为 自喷井 、气举井 】 、抽油机井 、电泵井、螺杆 泵等。按照井丛数量可分为单井、丛式井。 油井一般采集油压 、套压等 ，需采集的数据及需上传 所属站场进行集中监视的要求见表1 。 对于不同的油井还应满足以下要求 1 自喷井或含有 毒气体的油井，井 13 应根据需要设置安全截断系统，紧急 联锁系统；2 抽油井设置示功图采集设备，抽油机电流、 电压采集，根据实际情况实现远程启停 ；3电泵井 、螺杆 泵井设置电泵采集模块，泵转速、电参监测 ；4稠油采油 欢迎订 阅 欢迎撰稿 欢迎发布产 品广告信息 井场增加温度 、蒸气压力监测；5安装电加热器的井场， 增加温度监测 ；6安装 自动投球器 的井场 ，采集投球数 量，投球间隔时间；7 油气井场出站汇管管线宜设压力检 测 。 1 ． 2注入井 注入井分为注水井 、注汽井 、注聚井 、气田采出水回 注井。 注入井均应采集注入压力、注人流量 ，对于不同的注 入井还应满足以下要求1 注入井参数采集宜设置在配水 汽 阀组或注配间内；2 热注井应采集注入温度 ；3 注入井主要需采集的数据及需上传所属站场进行集中监视 的要求见表2 。 1 - 3 水源 井 水源井通需采集流量 、压力，潜水泵电参数，实现远 程启停等。水源井主要需采集的数据及需上传所属站场进 行集中监视的要求见表3 。 1 ． 4 气 井 气井包括常规气井 、含H S 气井 、煤层气井和注采气井 等。 EI C VO I ． 2 0 2 01 3 No ． 4 2 5 日 盐盛墨日 表1 油井生产运行数据采集监控一览表 站场监控中心 序号 单 元膜 块 删控对象 备注 显示 报警 控制 联锁 油 压 、 ／ 自喷井气举 套压 、 ／ 1 井 回压 、 ／ 、 ／ △ 关井 安全关断阀 、 ／ 、 ／ 、 ／ 油压 回压 、 ， 、 ／ 套压 、 ， 抽油机电流、电压 、 ／ 2 抽油机井 载荷、位移、冲程 、 ／ 远程启停 抽油机状态 、 ／ 油压 回压 、 ， 、 ／ 套 压 、 ／ 3 螺杆泵井 转速 、 ／ 泵电流 、 ／ 泵状态 、 ， 油压 回压 、 ／ 、 ， 套压 、 ／ 4 电泵井 泵电流 、 ／ 泵状态 自动投球井 投球数量 、 ／ 5 场 时间间隔 、 ／ 设电加热装 进口温度 、 ／ 6 置井场 出 口温度 、 ／ 、 ／ △ 丛式井场集 7 压力 、 ／ 、 ／ 油汇管 8 稠油井场 温度 、 ／ △ 注 l 、监测点应根据主要工艺流程确定 ，此表只作为参考 ；2 、 “ 、 ／ ”表示应设置 ； “ A”表示宜设置； “ ”表示可选； “ 控制”表 示连续调节、位式控制。 站场监控中心 序号 单元膜 块 测控对象 备注 显示 报警 控制 联锁 注 入 压 力 、 ／ 1 注水 井 油压 注人流量 、 ／ 注 人 压 力 、 ， 2 注聚井 油压 注入流量 、 ， 注 入 压 力 、 ， 油压 3 注汽井 注入流量 、 ／ 注入温度 、 ／ 注 入 压 力 、 ， 4 注气井 油压 注入流量 、 ／ 注 1 、监测点应根据主要工艺流程确定 ，此表只作为参考 ；2 、 “ 、 ／ ”表示应设置。 表3 水源井生产运行数据采集监控一览表 站场监控中心 序号 单元模 块 测控对象 备注 显示 报警 控制 联锁 泵出口压力 、 ／ 、 ／ 产水量 、 ， 1 水源井 泵远程启停 泵状 态 、 ／ 注 1 、监测点应根据主要工艺流程确定，此表只作为参考 ；2 、 “ 、 ／ ”表示应设置 ； “ ”表示可选 ； “ 控制”表示连续调节 、位式控 制。 气井均应采集油压 、套压，对于不同的气井还应满足 以下要求1 高、中压气井应设置井 口安全截断系统，常 规低压气井宜设置井 V t 安全截断系统；2含H 2 S 气井应设 置井口安全截断系统和有毒气体监测 ；3 煤层气水平井和 从式井应设置总采出水和总采出气计量；a 电驱抽油机载 荷 、位移、冲次 、频率 、电流、电压和运行状态监测及远 2 6 EI G Vo l - 2 O 2 0 1 3 No ． 4 程关停 ；b气驱抽油机载荷 、位移、冲次、频率和运行状 态监测及远程关停；C 螺杆驱抽油机载荷 、位移、冲次、 频率、运行状态监测及远程关停，泵的转速 、电流 、电 压、运行状态监测。4井场水套加热炉宜采集介质进加热 炉前压力、温度及介质出加热炉后温度 、壳程水位 、水浴 温度、排烟温度和燃料气压力等数据；5两级节流气井一 级节流后和二级节流前宜共用一个压力变送器；6注醇和 注缓蚀剂气井应采集注醇量和注缓蚀剂量i 7气井主要需 采集的数据及需上传所属站场进行集中监视的要求见表4 。 表4 气田井场生产运行数据采集监控一览表 序 单元膜块 测控对象 站场监控中心 号 显示 报警 控制 联锁 备注 油压 、 ／ △ 套压 、 ／ △ 常规气井井 井口天然气温度 △ 1 场 节流前 、后温度 △ 节流前、 后压力 、 ／ 、 ／ 、 ／ 联锁关井 安全美断阀 、 ， 、 ／ 、 ／ 、 ／ 油压 、 ／ △ 套压 、 ／ △ 井口天然气温度 △ 节流前、后温度 △ 2 含H 2 S 气井 节流前、后压力 、 ／ 、 ／ 、 ／ 井场 安全关断阀 、 ／ 、 ／ 、 ／ 、 ／ 联锁关井 有毒气体检测 、 ／ 、 ／ 阴极保护管地电位 △ △ 报警按钮 △ 声光报警器 △ △ 油压 、 ／ △ 煤层气井场 套压 、 ／ △ 3 抽油机 抽油机远程关停 、 ／ 、 ， 抽油机状态 、 ／ 油压 、 ／ 、 ／ 煤层气井场 套压 、 ／ 、 ／ 4 螺杆泵 泵远程关停 、 ／ V 泵状态 、 ／ 油压 一级节流前 、 ／ 压 力 套压 √ 井 口天然气 温度 一级 节 流前温 、 ／ 度 一 级节流后温度 、 ／ △ 5 注采气井 采气节流前压力 、 ／ △ 联锁关井 采气节流后压力 、 ／ 、 ／ 、 ／ 、 ／ 联锁关井 注气压力 、 ／ 、 ／ 、 ／ 注采天然气流量 、 ／ 远程开关井 、 ／ 、 ／ 安全关断阀状态 、 ／ 、 ／ 、 ／ 、 ／ 注1 、监测点应根据主要工艺流程确定，此表只作为参考；2 、 “ 、 ／ ”表示应设置； “ A”表示宜设置； “ 控制”表示连续调节 、位 式控制。 2 井场主要设施 2 ． 1 抽油机井 2 ． 1 ． 1 单井井场 1 设备选型及功能 控制器 现场安装抽油机控制器，可以采集三相电参 数电压 、电流、有功功率、无功功率、视在功率 、上下 行最大电流、功率因数等。还可实现远程启停 、电压电流 报警、联锁停机等功能。 功图传感器有线载荷、角位移传感器或无线载荷传 感器。。 ，采集油井冲程 、冲次、载荷 最小载荷、最大 载荷 、位移、示功图等数据。 仪表可安装有线压力变送器和温度变送器，也可以 安装无线压力变送器和无线温度变送器，采集抽油机井口 油压、套压、油温等参数。 2 ． 1 ． 2 现场通讯方式 抽油机控制器支持C D MA／ G P RS 、无线电台、无线网 桥 、光纤等通讯方式，可与所属的计量站或接转站控制系 统进行通讯。 2 ． 2 丛式井场 丛式井场是指在同一井场有多 口油井。丛式井场 的设 备选型可以分为两部分1 井口部分。井 口安装电机测控 单元 ，实现井口电参 、压力 、温度的采集及井口启停控制 等功能。2井场公共部分。井场安装通讯协议箱，完成各 个井 口数据 、阀组间数据的收集上传 ，并采集和上传井场 管汇压力、温度及井场视频数据。 2 ． 2 ． 1 井场设备 1 井口选用设备 控制器 现场安装抽油机控制器 ，可以采集三相电参 数电压、电流、有功功率 、无功功率 、视在功率 、上下 行最大电流 、功率因数等。还可实现远程启停 、电压电流 报警、联锁停机等功能。 功图传感器 有线载荷、角位移传感器或无线载荷传 感器 ] ，采集油井冲程 、冲次 、载荷 最小载荷 、最大载 荷 、位移、示功图等数据 】 。 仪表 井口可以选用有线压力变送器和温度变送器 ， 也可以选用无线压力变送器和温度变送器 ，采集抽油机井 口油压、套压、油温等参数。 2 井场公共部分选用设备 井场安装通讯协议箱 ，完成以下功能通过RS 4 8 5 有 线或2 ． 4 G Z i g b e e 无线通讯方式 ，与井 口电机测控单元、阀 组间R T U 通讯 ，完成数据 的收集上传 ；井场管汇可以安装 有线压力变送器和温度变送器，也可以选用安装无线压力 变送器和温度变送器 ，完成井场温度和压力的采集 ；井场 视频数据的上传。 2 ． 2 ． 2 现场通讯方式 井场通讯协议箱通过R S 4 8 5 有线或2 ． 4 G Z i g b e e 无线的方 式 ，与井口电机测控单元 、阀组间R T U通讯。 井场通讯协议箱支持C D MA ／ G P R S 、无线电台、无线网 桥 、光纤等通讯方式 ，可与所属的计量站或接转站控制系 统进行通讯。 3 电泵井 3 ． 1 现场选用设备 控制器 现场安装电泵井控制器 ，可以采集三相电参 数 电压、电流、有功功率 、无功功率 、视在功率 、功率因 数等 。还可实现远程启停 、电压电流报警、联锁停机等。 仪表井 口可以安装有线压力变送器和温度变送器 ， 也可以安装无线压力变送器和温度变送器，采集电泵井嘴 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 日 遮 盛墨日 前压力 、嘴后压力 、油温等参数。 3 ． 2 现场通讯方式 电泵井控制器支持C DMA ／ G P R S 、无线电台 、无线网 桥、光纤等通讯方式 ，可与所属的计量站或接转站控制系 统进行通讯讯。 4 螺杆泵井 4 ． 1 现场选用设备 控制器 现场安装螺杆泵控制器 ，采集 三相电参数 电压 、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数 等 。还可实现远程启停、电压电流报警、联锁停机等。 扭矩传感器 现场安装无线载荷／ 扭矩／ 转速一体化传 感器，采集载荷 、扭矩 、转速等数据。 仪表井 I I 可以安装有线压力变送器和温度变送器， 也可 以安装无线 压力 变送器 和无 线温 度变送器 ，采集 螺杆 泵井 口的压力和温度 。 4 ． 2现场通 讯方式 螺杆泵井控制器支持C D MA ／ G P R S 、无线电台、无线网 桥、光纤等通讯方式，可与所属的计量站或接转站控制系 统进行通讯 。 5 天然气 井 5 ． 1 现场选用设备 控制器现场安装气井控制器 ，采集井 口数据。 仪表 井口可以安装有线压力变送器和温度变送器， 也可以安装无线压力变送器和无线温度变送器，采集气井 井口气压 、套压 、出气温度等。 流量计采集气流量、出水流量等参数。 供电系统现场安装太阳能供电装置 ，在没有市电的 情况下可以使用太阳能供电。 5 ． 2 现场通讯方式 气井控制器支持C D MA ／ G P R S 、无线电台、无线网桥、 光纤等通讯方式，可与所属的集气站控制系统进行通讯。 6 水 源井 6 ． 1 现场选用设备 控制器 现场安装水源井控制器 ，可以采集三相电参 数 电压、电流、有功功率、无功功率 、视在功率、功率 因数等。还可实现远程启停控制 、运行状态的实时监测 、 电压电流报警 、联锁停机等功能。仪表 可以安装有线压 力变送器或无线压力变送器，采集水源井的出 I I 压力。流 量计 采集瞬时流量 、累计流量等参数。液位计 实时监 测水源井液位高度。 6 ． 2 现场通讯方式 水源井控制器支持C D MA／ G P R S 、无线电台、无线 网 桥、光纤等通讯方式，与所属配水间控制系统进行通讯。 7 注水 井 E I C V o 1 ． 2 O 2 01 3 N o ． 4 2 7 日抖 遮 盛墨日 7 ． 1 现场选用设备 控制器 现场安装注水井控制器 ，实时采集注水井 的干线压力、注水压力、注水流量，通过控制调节阀自动 调节注水流量 ；系统实时监测调节阀前和阀后压力 ，当阀 前压力小于阀后压力时 ，调节阀可以快速关闭，有效地防 止注水井回流 ，起到了单流阀的作用。仪表 可以安装注 水压力变送器 ，采集注水井的干线压力和注水压力。流量 计 安装电磁流量计，采集瞬时流量 、累计流量等参数。 调节阀安装调节阀，用于调节注水流量。 7 ． 2 现场通讯方式 注水井控制器支持C D MA ／ G P R S、无线电台、无线网 桥、光纤等通讯方式，与所属注水站控制系统进行通讯。 8 井场可燃 有毒气体检测 井场可燃 有毒 气体检测和报警系统的设置应符合 S Y 6 5 0 3 石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全技术 规范和G B 5 0 4 9 3 石油化工可燃气体和有毒气体检测报 警设计规范的有关规定。 可燃 有毒 气体检测信号通常直接进入R T U 独立设 置的I ／ 0 卡件，上传至所属站场监控系统进行报警。 9 井场视频监控 位 于重要敏感 区域 、对外部环境危害性较大 、人文 地理环境较复杂区域的油气井场 ，通常需设置前端摄像设 备。通过传输媒介将采集的图像传输到控制主机 ，通过显 示终端直观形象地进行安全生产管理。系统由摄像机、传 输媒介 、控制主机、显示终端 、存储设备等组成。 对 于设有摄像机的井场 ，还可设 置远程语音告警系 统。语音告警系统一般与视频监控系统配合使用 ，利用视 频监控系统实现语音告警。语音告警系统由扬声器 、麦克 风及功能软件组成。同时，在井场可设1 个扬声器，与摄像 机共用安装杆。 1 0 井场采集控制的数字化平台功能应用 1 0 ． 1 总貌图 显示油井管理分组 井场或站 的生产统计信息，开 井数、停井数、汇管压力及产液量。 报警推送 ，当井场或站下属任一井 口发生异常，如停 井 、抽油杆断脱、通讯异常等都可传送到一览画面进行闪 烁报警 ，并可快速切换到报警点。 1 O ． 2 导航图 对油井进行分组管理，并有快速过滤检索及模糊查询 的功能，管理大量油井时能快速定位。直观显示油井状态 启停 、 通信及报警 。具有批量启停井功能。 1 0 - 3电子巡井 通过井场或管理站的分组来管理油井 抽油机井 、 螺杆泵井 、电泵井 。列表显示每个分组 中所有井的主要 运行数据 油套压、三相电参 、启停及通信状态 。监视 该分组中一路或多路视频、可提供云台操作、预置位、喊 话等功能。无视频的通过F L A S H显示该井的启停状态。具 备远程启停井功能。显示单井的运行参数曲线 产量 、 电流 、油套压等 ，可导出图片。显示单井的最后一幅功 图，可手动读取单井当前功图。 1 0 ． 4 功 图数据 回放 可查询单井一段时间内的所有地面功图和泵功图。显 示功图数据列表 ，具有手动排序功能。可选择叠加和全部 叠加地面功图和泵功图，迅速发现异常功图和一段时间内 的井况差异 。 1 O ． 5 水井管理 按照配水间进行管理 ，显示当前分水器压力 、瞬时流 量 、累积流量 、油套压、配注量。具备远程配注功能。显 示 日配注曲线和配注设定曲线，可导出图片。 1 0 ． 6 功图计产与量油 根据抽油机基础数据 、油井基础数据、抽油机地面示 功图对井下工况进行分析 ，并计算产量、光杆功率、系统 效率等。计算各级抽油杆顶部的界面应力，检查抽油杆强 度及杆柱组合是否合理。计算柱塞冲程、充满系数、泵排 量、泵效，判断各种漏失大小。估算吸入压力 、井底压力 及油井潜能。检查泵及油管锚定的机械状况。 1 1 结束语 油气水井的数据采集是油气田地面工程数字化建设 的基础，是油田企业信息化建设的发展趋势 ，是油田各生 产部门进行管理与决策的基础。通过对油气水井的数据采 集，可实现对开发生产动态数据的实时查询 ，完成对生产 要素 油气水井 的动态监控及生产管理。一方面能帮 助决策者通过查询各类数据库了解油田各类井场的生产状 况，另一方面还能为决策者提供决策所需的各种信息和数 据，为正确决策提供有效帮助。口 参考文献 [ 1 】 G B 5 0 3 5 0 2 0 0 5 ， 油气集输设计规范[ s ] ． 北京 中国计划出版社， 2 0 0 5 ． [2 】 GB 5 0 4 9 3 2 0 0 9 ， 石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范 【 s J l 北京 中国计划出版社，2 0 0 9 【3 】 S Y 6 5 0 3 2 0 0 8 石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全技术规 范【 s 】 北京 石油工业出版社， 2 0 0 8 ． 【 4 ] 油气田地面工程数字化建设规定 试行 s 1 ． 中国石油天然气股份有 限公司勘探与生产分公司发布， 2 0 1 1 ． 【 5 】 董明明孙 万蓉， 陈梓馥，等基 于R ．TU井远程测控系统的数据采集 与传输层软件设计Ⅱ 1 l 物联网技术， 2 0 1 2 ， 2 2 5 - 3 0 【 6 】王 俊． 间抽井 井况诊断 与计量在 P ． TU中 的实现 U ] ． 自动 化博 览， 2 0 1 2 ， 1 2 8 0 8 5 ． 【 7 ]魏海生， 刘杨 ． Zi g Be e 在油 田数字化建设 中的应用U】 ． 自动化博 览， 2 0 1 9 ， 9 7 2 - 7 4 作者简介 纪红 1 9 6 0 - ， 女， 高级工程师， 1 9 8 1 年毕业于上海化学工业专科 学校化工仪表 自动化专业， 1 9 9 8 年毕业于北京科技大学计算机应用专业， 现在中国石油规划总院从事自控专业工作。 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 5 - 2 0