钻井队油料自动计量系统的研发与应用.pdf

李克强 川庆钻探安全环保质量监督检测研究院 四川省广汉市 6 1 8 3 0 0 吴 彤 川庆钻探质量安全环保处 四川省成都市 6 1 0 0 5 1 李道 芬 李 江 川庆钻探安全环保质量监督检测研究院 四川省广汉市6 1 8 3 0 0 二 嚣 摘要 针对钻井队油料 管理的薄弱环节， 川庆钻探 工程有限 公 司安全环保质量监督检测研 究院研发 了一套新型钻 井队 油料 自动计量 系统。文 中通过对该 系统原理、 特 点及 应用 情 况的介 绍， 为各钻 井企业提供一种 先进的油料计量 、 管理 手段 ， 以促进基础 管理 工作水平 的提 升和节能减排 工作的 发展。 关键词 钻井； 油料 ； 计量 ； 节能； 管理 7 、●●●●● ●●一 ’、 ，，lI 、一 ● ● ● - 、 ，●■■■ I●●■■■■_ _ _ I ．＼ ● ／ J． ， - 、， 蚕 嗣 _ ． 譬 ． ． ．哩 0 ． 。鼢 钨 1 油料使用现状及存在问题 目前 ， 钻井队油料计量系统主要 以进入储油罐接 收计量和使用消耗出口计量为主 部分钻井队甚至没 有消耗计量 ， 流量采用普通表盘叶轮式流量计进行 计量 ， 液位通过简易式浮球液位计进行测量 ， 柴油密 度采用普通手持式密度计进行人工检测 ， 这些都需要 人员到现场查看 、 手工记录， 这就导致了如下的问题 1 记录数据容易丢失 、 可靠性差 ， 存在人为误 差 ， 管理部 门无法对钻井队实行有效管理。 2 只能记 录整个钻井系统总耗油量 ， 无法对单 台设备耗油情况进行记录和分析 ， 不便于设备的优化 组合和优化运行 。 3 无法实时监控 出油去 向， 难以发现和杜绝从 各处放油现象 ， 容易出现管理漏洞。 4 难 以真实反映钻井队收油情况和供油质量 ， 无法杜绝钻井队油料掺假和供油作假现象。 5 资料信息量少而且零乱 ， 不利于钻井能耗定 额的制定和对标分析。 2 自 动计量系 统研发目的 研发钻井队油料 自动计量系统主要 目的是通过 对柴油密度 、 柴油消耗 、 油罐液位及泥浆泵泵压等参 数的实时在线监测 ， 解决 目前油料计量系统所存在的 问题 ， 提高油料计量水平和管理水平 ， 杜绝现场人为 操作 和人为干预现象 ， 将非生产用油降至最低 ， 并能 根据 曲线所反映出的井 队工况 ， 调整柴油机的输出 配 ， 安排柴油机的维护时间， 为今后的定额管理、 设备 能源利用监测和优化运行奠定基础。 3 自 动 计量系 统 介 绍 3 ． 1 系统工作原理 该系统主要 由超声波流量计 、 压力传感器 、 智能 流体密度计 、 超声波液位计 、 嵌入式计量远程控制终 端和服务器等构成 ， 各计量装置通过通信电缆与嵌人 式计量远程控制终端相连， 各测量信号 由嵌入式计量 远程控制终端统一采集 ， 然后通过 G P R S 移动网络按 设定的时间间隔上传到服务器 ， 用户根据 自己的访问 权 限通过浏览器直接调用相应 的数据。整个过程无 需人工干预 ， 从而保证用油过程数据的准确性和安全 眭。 3 ． 2 系统功能介绍 1 用曲线形象 、 直观地显示 每台柴油机 、 发电 机的实时耗油情况 ， 显示人罐柴油的数量及各储油罐 的液位变化情况 ， 显示泥浆泵 的泵压变化情况。 2 通 过人工设定油耗最高限值和油罐储量报 警值 ， 提醒管理人员及时发现柴油机非正常油料消 耗 ， 或提醒管理人员安排送油计划。 3 能够实时查看钻井队有关钻井信息 、 设备运 行工况 、 柴油机动力 匹配情况 ， 以合理确定柴油机 的 运行组合和维护时间。 4 通过曲线 、 数据形象 、 直观地对不 同工况 、 不 同区块 、 不同进尺的油耗消耗进行对 比， 以利于最佳 工况的确定 、 能耗定额的制定和对 比分析。 5 能够对任意时问段 内各柴油机 、 发电机的耗 油量和油罐储量进行查询 ， 自动计算实际耗油量与定 额之间的差异 ， 便于管理部门的考核 。 6 可对钻井队全部工况进行统计 、 打印、 保存 ， 自动统计形成 E l 报 、 月报、 季报 、 年报用油数据。 3 ． 3 系统的先进性 1 该 系统采用 直传式 ， 服务器可 以同时接收 1 0 2 4 个用户单元发送 的数据 ， 克服了以往类似的计量 系统因采取应答式传输方式 就是服务器的控制软件 要向每一个用户单元发送传输指令 ， 用户单元收到指 令 ， 回复指令后传输数据 ， 存在 限制用户单元数量 ， 只能支持少数用户的问题。 2 该系统 的传输设备应用采集储存传输方式 ， 即使在没有移动 网络信号时 ， 采集 的数据也不会丢 失 ， 一旦接通网络信号 ， 数据 自动传 回服务器 ， 解决了 以往类似计量系统采取 的透 明传输方式 ， 不具备储存 功能的技术难题 。 3 该系统可以同时接人多路4 8 5 数字信号和7 路4 ～ 2 0 m A 模拟信号， 解决了以往类似计量系统的 传输设备只能传输4 8 5 数字信号 ， 对标准的4～ 2 0 mA 模拟信号不能传输的技术难题。 4 该 系统配置了液位 、 密度及发电机油耗等计 量功能 ， 系统计量误差在 0 ． 5 ％以内， 可进一步保障来 油质量 ， 杜绝从油罐放油 的现象 ， 全方位监控井队柴 油消耗情况 ， 克服了以往类似计量系统仅能对柴油机 油耗进行监控 ， 不能有效杜绝非生产耗油现象的发生 问题 。 5 用户通过浏览器直接访 问服务器中数据 ， 无 2 0 1 0 一 争第5 期1 0月出版 需安装其它终端软件 ， 克服了以往类似计量系统需在 用户终端安装访 问软件的问题 ， 降低 了软件的维护 、 升级和使用成本。 6 该系统报表管理功 能更加简捷 、 完善 ， 适用 范围广 ， 在移动网络覆盖的地域都可以使用 ， 整个系 统更加人性化 、 便捷化。 3 ． 4系统 配置方 式 3 ． 4 ． 1 油料消耗管理 采取收油计量 、 总用油计量 、 特殊用油计量和收 油密度计量的方式。 优点 一是可以根据收油量 和耗油总量 的比较 ， 清楚非生产耗油量的大小 ， 利于今后油料指标的下达 和考核工作 ； 二是可以有效监控 收油质量 ， 杜绝供油 掺假现象。 缺点 一是不能及时了解设备的运行情况 ， 不利 于设备 的优化组合 ； 二是不能明确何时 、 何处发生非 生产耗油情况 ， 无法落实责任人。 3 ． 4 ． 2 设备用油管理 采取每台柴油机 、 发 电机单独计量和泥浆泵泵压 计量方式。 优点 一是便于加强用油管理 ， 可以实 时查看设 备用油情况 ， 清楚钻井生产实际油料 消耗 ； 二是方便 对设备运行情况进行监测 ， 诊断设备技术性能 ， 优选 设备配合 ； 三是为下一步的设备优化运行奠定基础。 缺点 一是不 能 自动监控 收油质量 ， 只能采取人 工手段进行分析 ； 二是不能监控其他地方放油现象 ， 没有有效杜绝非生产耗油的发生 。 3 ． 4 ． 3 全面监控管理 采取收油计量 、 收油密度计量 、 单 台设备计量 、 特 殊用油计量 、 油罐液位计量及泵压计量方式。 优点 一是对钻井队用油情况进行 了全面监控 ， 能有效杜绝非生产耗油的发生 ； 二是清楚各设备的运 行状况 ， 有利于设备的优化组合 ； 三是为下一步的设 备优化运行和 自动控制奠定基础 。 3 ． 4 ． 4其他管理需求 该系统设备可 以根据需要灵活增减 ， 也可以根据 管理者的不同要求 ， 将超声波流量计安装在所需要 的 地方 ， 以满足不同的管理需求。 3 ． 5系统功能扩展 3 ． 5 ． 1 硬件扩展 系统中流量计采用4 8 5 数字信号 ， 可 以接人多路 2 D 7 D 年第5 期 7 D月出版 可达 l 路 ， 并可以同时接人7 路4～ 2 0 mA 模拟信号。 在该 系统 中可同时实现 8 路油量计量 总管油量 计量 、 3 台柴油机和 2 台发电机油量计量 ， 其他用油计 量及备用 、 1 路密度计量 、 2 路压力计量 、 3 路液位计 量 。 3 ． 5 ． 2 应 用 扩展 1 企业管理层面 这套系统能够及时 、 全面地掌握各个钻井公司及 其下属各个钻井队的收油数量 、 收油质量 、 耗油情况 及设备运行情况 ， 能够根据对钻井公司或钻井队的实 际耗油 与定额耗油 的分析 ， 发现其非生产耗油情况 ， 堵塞管理漏洞。该 系统能够准确地反映各个钻井公 司及其下属钻井队的钻井耗油数量 ， 为下一步的定额 制定和对标分析奠定 良好的技术基础 。 2 钻井公司管理层面 这套系统能客观 、 准确的计量钻井队主要设备在 各生产过程的柴油消耗 ， 通过分析各钻井队柴油消耗 资料 ， 可以制订出合理的用油计划。 通过随时了解当前钻井队柴油的使用量 ， 确定柴 油消耗超量 的原 因， 及时采取有效措施 ， 堵塞管理漏 洞 ； 通过这套系统的应用 ， 有利于公司加强成本核算 、 提高工作效率 ， 打造数字化井 队管理平台 ， 提高单位 的竞争能力和经营效益。 3 基于钻井队管理层面 为建立“ 数字化” 井队创造条件 通过该系统能直 观 、 精确地观察到柴油机油耗 、 动力输出匹配 、 钻进进 度等工况 ， 确定三者之间的最佳匹配状态 ， 并确定设 备的维护保养时间； 通过该系统井队长可以精确考核 各 台班 工作业绩 ， 可以发现井队异常工况。 数字举证 遇到特殊地层构造造成工期延长 、 成 本 包括耗油量 增加 ， 该 系统能用数字帮助井队说 明 情况 。 成本控制 应用该系统井 队长能够有效的控制整 个钻井期 间的燃油消耗量 ， 如有不正常 的燃 油消耗 ， 可以及时发现 ， 并落实到责任人。 现场管理 应用该系统 ， 即使井队长不在现场 ， 也 可以准确的了解井 队的工作状况 ， 掌握井 队的工作状 态 。 3 ． 5 ． 3 档案资料库建设 通过整理 、 分析数据 曲线 ， 可 以建立不同区块 、 不 同地质构造情况下 ， 钻井进度 、 耗油量多少等要素数 据库 ， 为钻井公司在相 同或相近钻井作业情况下提供 决策依据 。 为建立“ 数字化” 井 队创造条件 通过该系统能直 观 、 精确地观察到柴油机油耗 、 动力输 出匹配 、 钻进进 度等工况 ， 确定三者之 间的最佳匹配状态 ， 并确定设 备的维护保养时间； 通过该系统井 队长可以精确考核 各台班工作业绩 ， 发现井队异常工况。 4 自 动计量系 统现场应用情况 目前在川庆钻探工程有限公司川东钻探公司钻 井队使用 的 自动计量系统 主要包括 3台柴油机耗油 计量 、 1 台发电机耗油计量 、 油罐液位计量 、 泵压计量 和收油密度计量 ， 比较全面地对钻井队的耗油和设备 运行情况进行 了监控 ， 能对设备运行情况进行分析 ， 有效减少了非生产用油情况的发生。 4 ． 1 数 据查询 通过数 据查 询功能 ， 可以随时掌握任 意时段单 机 、 井队或公司的耗油情况 ， 对 比分析设备运行状况 和管理情况 ， 便于与其他机组或井 队进行 比较 ， 发现 问题并及 时解决。 4 ． 2 运行情况分析 通过对图 1 所示的油耗／ 泵压曲线分析 ， 可以清楚 井 队任 意时间的工作情况 、 油耗情况和设 备匹配情 况 ， 能够及时对设备进行优化组合 ， 以降低能源消耗 ， 并能科学合理地确定设备的维护保养时间。 ， ， ． ’ 、- r 、， 、 一一 。 f 、 ＼ M ． ． 一 ■ L I～。 ⋯ - ～ ■ - - ● - v - ● llII|I 州 J ● ● I 1 f ■ I I H ’ n l ’ ■ _ - 1 6--09 O0 O0 0O 20l 0一O6一O9 O6 00 O0 2Ol 0一O6一O9 1 2 oo O0 2O1 00609 ■ ■ 6 5 O 0 矗 些 垫 1 6 6 。 o 。 圈 垄 9 压 力传 感 器 1 9 ． 4 5 6 图 1 油耗／ 泵 压 曲线分析 图 从 图 1 的分析来看 6 月 9日全天处于钻进工况 ， 且 l 和3 、 1 和2 、 2 和 3 柴油机分别并机工作 ； 1 、 3 柴 油机符合分配 比较均匀 ， 并机 匹配效果最好 ， 总耗油 较低 ， 而 2 、 3 负荷分配不均 ， 并机匹配效果不好 ， 柴油 消耗较大 ； 2 柴油机耗油量最大 1 8 0 L左右 ， 3 柴油 机耗油最小 1 3 0 L以上 ， 发电机每小时正常油耗在 5 0 ～7 0 L； 泥浆泵泵压 1 9 MP a 左右 ， 运行 比较平稳 ， 单 根钻进时间较长 ， 说 明钻进进入硬岩层 。 4 ． 3 异常情况分析 通过对油耗／ 泵压 曲线分析 ， 见 图2 。可以及时发 现非正常耗油情况， 以便堵塞管理漏洞， 减少非生产 耗油现象的发生。 一2 0 1 0 -, 5 期7 0 眦 版 j_ _ 垫 翻 二 塑 _ 二 垫 ■ 堡壁 图2油耗／ 泵压 曲线分析图 从 图2 分析来看 5 月 1 8日0 点至 5 月 1 9日2 2 点 井队处 于循环 、 起下钻工况 ； 发电机从 5 月 1 8日0 点 至 5 月 1 9日0 点每小时油耗 5 0 L左右 ， 而 5 月 1 9日0 点至1 0 点左右， 发电机每小时油耗达2 6 0 L ， 这很不正常1 4 ． 4 液位 曲线分 析 川东 7 0 5 6 9 队6 月 2 8 、 2 9日液位变化曲线解析， 见 图 3 。 U Iq ． j 川U 州 。 J LU u o _ 川U 圳u - u 0，川 U J U 一 J 、 ， 川U 曩 图 3 液位 曲线 分析 图 从图3 分析来看 6 Y J 2 8 日 下午3 点左右至2 9 日 5 结束语 1 0 点左右 ， 油罐的液位一直下降 ， 说 明井队一直在消 耗柴油 ； 2 9日1 0 点左右开始向油罐加油 ； 通过对液位 该系统 自使用以来 ， 从各井 队上报的油耗数据与 曲线变化的分析 ， 可 以了解设备耗油是否正常 ， 是否 该系统 的计量数据对比来看 ， 或多或少都存在一定 的 存在放油现象。 差距 ， 经现场核实 ， 其原因一方面是存在着非生产耗 4 ． 5 报警信息 油 ， 另一方面是特殊用油 如生活或其他作业耗油 的 通过对报警条件 的设置 ， 钻井 队一是可以及时了 影响 。该 系统 的推广应用 ， 必将对企业的设备管理 、 解油罐储量情况 ， 提醒管理人员及时补充油料 ； 二是 计量管理和节能管理产生较大的影响， 有效提升企业 能够及时发现设备非正常耗油情况 ， 提醒管理人员及 的基础管理工作。 时处理 ； 三是及 时报警设备运行故障 ， 避免生产事故 的 发生 收稿日期 。 。 一 。 一 0 编辑巩亚清 2 D 7 噼每5 t 1 ]7 0脞版