劉 祥，解肖華，劉家麟，付 兵，席 寧

（中國石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司第五采油廠 數(shù)字化與科技信息中心，西安 710016）

1 研究背景

隨著油田生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)對(duì)油田生命周期的延續(xù)至關(guān)重要。要做到動(dòng)態(tài)配水合理配注，必須實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地記錄油井動(dòng)液面、井口原油含水率、油井產(chǎn)液量等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，探索油井的出油周期。目前，油田單井動(dòng)液面、含水率、產(chǎn)液量分析工作主要采用人工測(cè)量的方法完成，人工檢測(cè)通常間隔幾天甚至更長(zhǎng)時(shí)間，不能實(shí)時(shí)反映油井的生產(chǎn)狀態(tài)。另外，人工檢測(cè)操作過程復(fù)雜,數(shù)據(jù)分析費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在油井分散、含硫化氫或惡劣的天氣情況下,人工檢測(cè)勞動(dòng)強(qiáng)度及安全風(fēng)險(xiǎn)性大，傳統(tǒng)的人工檢測(cè)法無法進(jìn)行在線精確測(cè)量，不能滿足智能油田發(fā)展需求。傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備由于測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定、價(jià)格過高等原因，一直沒有得到很好的推廣應(yīng)用。按照當(dāng)前長(zhǎng)慶油田數(shù)字化轉(zhuǎn)型智能化發(fā)展的迫切需求，急需完善計(jì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)油井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、高效智能分析、降低現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 長(zhǎng)慶油田計(jì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)的類型

針對(duì)采油作業(yè)區(qū)油井計(jì)量手段欠缺、管理難度大的問題，長(zhǎng)慶油田創(chuàng)新計(jì)量技術(shù)，優(yōu)選計(jì)量設(shè)備，從動(dòng)液面、含水率、產(chǎn)液量3 個(gè)方面開展研究與實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2.1 油井動(dòng)液面監(jiān)測(cè)技術(shù)

長(zhǎng)慶油田主要采用聲波接箍法和全程算聲速方法，在多類型液面中自動(dòng)提取有效的動(dòng)液面數(shù)據(jù)，達(dá)到可靠的精度要求。

2.2 井口原油含水率監(jiān)測(cè)技術(shù)

采用微波、射頻法相結(jié)合的技術(shù)對(duì)原油進(jìn)行含水率檢測(cè)，創(chuàng)造合適的測(cè)量環(huán)境便于探頭正常工作，達(dá)到可靠的精度要求。

2.3 油井產(chǎn)液量監(jiān)測(cè)技術(shù)

采用溫差計(jì)量法，利用介質(zhì)流量與溫度差成反比的原理計(jì)算出單井的產(chǎn)液量，同時(shí)測(cè)量介質(zhì)溫度和管道壓力，并實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、產(chǎn)液量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。

3 長(zhǎng)慶油田的主要技術(shù)成果

3.1 油井動(dòng)液面監(jiān)測(cè)技術(shù)

利用油井套管環(huán)空伴生氣或壓縮氣體，通過可控聲爆產(chǎn)生特定頻譜的次聲波，聲波沿油套環(huán)空傳播，經(jīng)過接箍和液面產(chǎn)生反射回波，微音器將回波信號(hào)輸入嵌入式進(jìn)階精簡(jiǎn)指令集設(shè)備（Advanced RISC Machine，ARM）井口儀表，ARM進(jìn)行頻域信號(hào)處理?；蚓偷赜?jì)算動(dòng)液面值，或數(shù)據(jù)分包、加密、傳輸，采用通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS）外網(wǎng)或無線遠(yuǎn)程終端單元（Remote Terminal Unit，RTU）內(nèi)網(wǎng)傳輸至后臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)油氣井動(dòng)液面和套壓實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

現(xiàn)場(chǎng)安裝動(dòng)液面監(jiān)控裝置12 套，數(shù)據(jù)回傳至數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系統(tǒng)，同步開發(fā)了數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)液面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、趨勢(shì)曲線查詢。將配套的Web 界面嵌入SCADA 系統(tǒng)，如圖1 所示。根據(jù)動(dòng)液面在線監(jiān)測(cè)界面，可以實(shí)時(shí)查看動(dòng)液面、沉沒度、套壓數(shù)據(jù)及變化曲線，對(duì)照任意動(dòng)液面數(shù)據(jù)，查看對(duì)應(yīng)的原始液面、節(jié)箍波形圖，如圖2 所示。

圖1 井口測(cè)量數(shù)據(jù)展示界面

圖2 動(dòng)液面、沉沒度曲線

為了檢驗(yàn)動(dòng)液面測(cè)量的精度，將儀表測(cè)量數(shù)據(jù)與人工測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，可以看出12 口井的動(dòng)液面測(cè)量誤差最大不超過100 m，滿足應(yīng)用需求（見表1）。

表1 動(dòng)液面數(shù)據(jù)比對(duì)表

3.2 原油含水率測(cè)量技術(shù)

以電磁波為探測(cè)手段，通過發(fā)射裝置，將恒幅、穩(wěn)頻的電磁波發(fā)射到含水原油中，根據(jù)油中含水量的差異，介質(zhì)吸收的波能量不同，探測(cè)裝置將因原油含水量差異而引起吸收電能不同的信號(hào)傳送到監(jiān)測(cè)器。經(jīng)處理、放大、線性校正后輸出，隨油中含水量而變化的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理，顯示油中的含水率。

現(xiàn)場(chǎng)安裝井口含水設(shè)備12 臺(tái)，數(shù)據(jù)回傳至SCADA 系統(tǒng)，配套開發(fā)了數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)了含水?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、趨勢(shì)曲線查詢。根據(jù)含水率數(shù)據(jù)可以看出油井含水的變化趨勢(shì)，將其作為采油生產(chǎn)采取精細(xì)化注水措施的依據(jù)。為了檢驗(yàn)含水率測(cè)量的精度，將儀表測(cè)量的數(shù)據(jù)與人工取樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，12 口井的含水率測(cè)量誤差最大不超過5.1%，滿足采油生產(chǎn)工藝要求（見表2）。

表2 含水?dāng)?shù)據(jù)比對(duì)表

3.3 油井產(chǎn)液量計(jì)量技術(shù)

井口計(jì)產(chǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)采用溫差法計(jì)量產(chǎn)液量，流經(jīng)井口計(jì)量裝置的介質(zhì)在加熱功率的作用下溫度升高，檢測(cè)出裝置出入口的溫度差就能計(jì)算出介質(zhì)流量，該技術(shù)原理如圖3 所示。設(shè)計(jì)專用的熱交換器，使加熱體產(chǎn)生的熱量快速交換到液體介質(zhì)中，采用專用電路精確測(cè)量出入口的溫差，保證產(chǎn)液量計(jì)量具有較高的精確度。

圖3 油井產(chǎn)液量計(jì)量技術(shù)原理

現(xiàn)場(chǎng)安裝井口計(jì)產(chǎn)設(shè)備8 臺(tái)，數(shù)據(jù)回傳至SCADA 系統(tǒng)，配套開發(fā)了計(jì)產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)了計(jì)產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、趨勢(shì)曲線查詢。根據(jù)產(chǎn)液量瞬時(shí)曲線，可以看出油井在計(jì)量期內(nèi)的產(chǎn)液量變化趨勢(shì)。作業(yè)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)安裝了8 套井口計(jì)產(chǎn)裝置，用車載計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)測(cè)試。經(jīng)對(duì)比，8 套設(shè)備測(cè)量誤差均小于7.5%（見表3）。

表3 產(chǎn)液量數(shù)據(jù)比對(duì)表

3.4 智能計(jì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)的集成應(yīng)用

計(jì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)到的動(dòng)液面、含水率、產(chǎn)液量等數(shù)據(jù)采用Modbus-RTU 方式通過無線傳輸?shù)骄畧?chǎng)RTU，RTU 通過Modbus-TCP 傳輸?shù)奖O(jiān)控中心服務(wù)器，各終端就可以共享瀏覽計(jì)量數(shù)據(jù)，各自作出油井管理決策，數(shù)據(jù)傳輸模型如圖4 所示。

圖4 數(shù)據(jù)傳輸模型

為滿足現(xiàn)場(chǎng)多路數(shù)據(jù)傳輸要求，長(zhǎng)慶油田將相應(yīng)井場(chǎng)常規(guī)RTU 升級(jí)為智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了1 路RS485 端口多設(shè)備接入，數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定。長(zhǎng)慶油田應(yīng)積極開展SCADA 系統(tǒng)監(jiān)控界面二次開發(fā)，推廣應(yīng)用智能RTU 管理系統(tǒng)。

4 長(zhǎng)慶油田關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）采用“微波+射頻”測(cè)量方法，其屬于一種最新的多相流測(cè)量技術(shù)，對(duì)全液流態(tài)、多相流態(tài)的含水量測(cè)量精度較高。

（2）創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種聲波接箍法，應(yīng)用全程算聲速和多類型液面的自動(dòng)提取，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)液面的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。

（3）應(yīng)用溫差計(jì)量法，通過油、氣、水三種介質(zhì)對(duì)熱量吸收程度的差異，計(jì)算出單井的產(chǎn)液量。

（4）井口測(cè)試裝置集成動(dòng)液面算法，對(duì)本地存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算井下音速、動(dòng)液面，將分析的結(jié)果存儲(chǔ)在本地并發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，降低數(shù)據(jù)處理的壓力。

（5）升級(jí)智能RTU，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)共享，達(dá)到直觀且實(shí)時(shí)在線計(jì)量單井產(chǎn)量的目的。

5 結(jié)語

長(zhǎng)慶油田實(shí)現(xiàn)了油井含水、動(dòng)液面、產(chǎn)量等的自動(dòng)采集、分析，準(zhǔn)確率達(dá)到預(yù)期，增加了監(jiān)測(cè)手段，降低了人工測(cè)試強(qiáng)度，技術(shù)分析決策更加及時(shí)高效。基于智能RTU 配套的間開控制功能，綜合分析動(dòng)液面、含水率、產(chǎn)液量，結(jié)合泵掛，確定最佳沉沒度，為下一步制定最優(yōu)間開制度、實(shí)現(xiàn)智能間開、節(jié)能增效創(chuàng)造了條件。目前，含水、計(jì)產(chǎn)設(shè)備功能有重復(fù)，下一步將在保證數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定準(zhǔn)確的前提下實(shí)施設(shè)備整合集成，降低成本，便于后期規(guī)模推廣應(yīng)用。動(dòng)液面、含水率、產(chǎn)液量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集應(yīng)用，方便了油井測(cè)壓、措施效果跟蹤，為注水效果、油藏動(dòng)態(tài)分析提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐。