陳 冰，閔利昆，張雅楠，劉 星

（1.北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 102206；2.中國石油冀東油田，河北 唐山 063004）

目前伴隨人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，在油氣生產(chǎn)行業(yè)，新興的在線多相流計(jì)量技術(shù)已被英國石油（BP）等國際能源巨頭列舉為“決定未來油氣工業(yè)成功的五大關(guān)鍵技術(shù)”之一，是能源物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中關(guān)鍵的一環(huán)[1]。

生產(chǎn)計(jì)量是油氣田生產(chǎn)的基礎(chǔ)性工作，直接影響著油田勘探開發(fā)、生產(chǎn)運(yùn)行、產(chǎn)量考核等工作，具有重要的意義。實(shí)時在線三相流量計(jì)設(shè)備不但具有生產(chǎn)計(jì)量功能，還具有數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)控制功能，通過實(shí)時在線三相流量計(jì)與計(jì)量間自控系統(tǒng)（自動倒井）進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)計(jì)量井自動識別、數(shù)據(jù)自動化采集上傳，真正實(shí)現(xiàn)計(jì)量間無人值守，提高生產(chǎn)效率。

表1 改造前后設(shè)備對比Table 1 Comparison of equipment before and after transformation

1 技術(shù)思路

實(shí)時在線三相流量計(jì)通過控制柜與倒井裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，自動識別井號、進(jìn)行計(jì)量。實(shí)現(xiàn)計(jì)量間內(nèi)油壓、油壓信號的采集，開展遠(yuǎn)程計(jì)量控制系統(tǒng)優(yōu)化（倒井方案定制化），最終實(shí)現(xiàn)計(jì)量間自動化計(jì)量一體化解決方案。

通過在計(jì)量間部署倒井一體化裝置，精簡了物料成本、減少了安裝空間和位置需求；簡化了控制層級和控制邏輯，有利于整體控制系統(tǒng)的穩(wěn)定；減少了物料供應(yīng)廠家，有利于現(xiàn)場設(shè)備的后繼維護(hù)和新功能需求的開發(fā)響應(yīng)。

2 系統(tǒng)組成

倒井一體化裝置由實(shí)時在線三相流量計(jì)和中油瑞飛控制柜組成。柜體內(nèi)包括：RTU 控制器、觸摸屏、I/O 接口、空氣開關(guān)和繼電器等。

實(shí)時在線三相流量計(jì)利用多傳感器融合技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的三相流建模，實(shí)時輸出三相流量數(shù)據(jù)，能夠直觀地掌握油氣水產(chǎn)出規(guī)律，為生產(chǎn)決策提供實(shí)時和準(zhǔn)確的量化數(shù)據(jù)。實(shí)時在線三相流量計(jì)由北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責(zé)任公司和清華珠三角研究院及其下屬產(chǎn)業(yè)化公司深圳市聯(lián)恒星科技有限公司聯(lián)合開發(fā)，依托中國石油實(shí)時在線三相流量計(jì)平臺建設(shè)項(xiàng)目，在中國石油進(jìn)行推廣應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)分離式計(jì)量罐和通過多通閥倒井計(jì)量的復(fù)雜工藝流程，以及軟件量油僅能應(yīng)用于抽油機(jī)井且無法測量產(chǎn)氣量、含水率的限制，三相流量計(jì)有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

1）基于多傳感器融合技術(shù)，使用免分離、非放射性技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)量，設(shè)備對人體和環(huán)境完全無害，綠色環(huán)保，安裝和操作無須額外的安全認(rèn)證及防護(hù)。

圖1 實(shí)時在線三相流量計(jì)Fig.1 Real time online three-phase flowmeter

2）在氣、液不分離的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)氣、液兩相瞬時、累計(jì)流量及液相含水率在線計(jì)量，適用于油氣井監(jiān)測，評估產(chǎn)量變化，輔助優(yōu)化生產(chǎn)方案。

3）能夠替代傳統(tǒng)測試分離器及計(jì)量間，提升油氣井?dāng)?shù)字化水平的同時有效降低建設(shè)成本，以及后續(xù)生產(chǎn)運(yùn)營成本。

4）融合人工智能技術(shù)，功能拓展性強(qiáng)，適用于中國智慧油田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)端關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)時動態(tài)采集、動態(tài)分析和動態(tài)生產(chǎn)優(yōu)化決策支持[2]。

5）豐富的數(shù)據(jù)通信接口，配置以太網(wǎng)、串行接口，內(nèi)置無線ZigBee 模塊，可通過多種通訊方式與其他系統(tǒng)、設(shè)備進(jìn)行通訊。支持Modbus TCP、Modbus RTU、中石油GRM A11、ZigBee 通訊協(xié)議。

實(shí)時在線三相流量計(jì)由文丘里測量模塊、電學(xué)層析成像模塊、微波測量模塊、AI 決策模塊、數(shù)據(jù)處理和通訊模塊組成[3]，如圖1 所示。

a）文丘里測量模塊：獨(dú)有的雙差壓文丘里結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)對氣-液兩相流量進(jìn)行計(jì)量。

b）電磁測量模塊：使用電學(xué)層析成像技術(shù)，獲得管道內(nèi)部氣-液分布信息，提供流型流態(tài)的定性判斷，對計(jì)算模型提供輔助優(yōu)化。

c）微波測量模塊：基于不同物質(zhì)對微波速度和功率衰減的影響，利用自主研發(fā)的含水率檢測模型計(jì)算管道中液相含水率，該技術(shù)不受礦化度影響。

d）數(shù)據(jù)處理和通訊模塊：結(jié)合嵌入式核心算法軟件，對文丘里、電磁、微波等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)算出油、氣、水三相流量，并通過指定的接口和通訊協(xié)議傳輸至后端系統(tǒng)。

現(xiàn)場設(shè)備組成如圖2 所示。

3 工作流程

圖2 現(xiàn)場設(shè)備示意圖Fig.2 Schematic diagram of field equipment

在倒井一體化計(jì)量系統(tǒng)中，安裝在計(jì)量內(nèi)的傳感器采集計(jì)量間內(nèi)的溫度、壓力、電參等數(shù)據(jù)，然后通過實(shí)時在線三相流量計(jì)將數(shù)據(jù)上傳至調(diào)控中心。來自調(diào)控中心的控制信號由實(shí)時在線三相流量計(jì)下達(dá)給RTU 控制柜，由RTU控制柜裝置對電動閥下達(dá)開關(guān)信號，從而實(shí)現(xiàn)倒井控制。在電動閥完成開關(guān)動作后，發(fā)送狀態(tài)信號給調(diào)控中心，從而實(shí)現(xiàn)自動識別井號的功能，最終實(shí)現(xiàn)全自動化倒井計(jì)量。

該方案支持倒井制度定制化開發(fā)，同時在實(shí)時在線三相流量計(jì)中增加了歷史數(shù)據(jù)存儲查詢模塊，可對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和查詢。

4 結(jié)論

圖3 現(xiàn)場工作流程圖Fig.3 Field work flow chart

針對目前自動倒井控制系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，操作繁瑣，且計(jì)量數(shù)據(jù)無法上傳至調(diào)控中心的問題，本文提出了一種基于實(shí)時在線三相流量計(jì)的倒井一體化裝置。通過在計(jì)量間部署該裝置，精簡了物料成本、減少了安裝空間和位置需求；簡化了控制層級和控制邏輯，有利于整體控制系統(tǒng)的穩(wěn)定；減少了物料供應(yīng)廠家，有利于現(xiàn)場設(shè)備的后繼維護(hù)和新功能需求的開發(fā)響應(yīng)；實(shí)現(xiàn)計(jì)量井的自動識別、數(shù)據(jù)自動化采集上傳，真正實(shí)現(xiàn)計(jì)量間無人值守，提高生產(chǎn)效率。