羅改芬，高榮華，馬贊，黃貴花 ，馬煥煥

（1.延長油田股份有限公司勘探開發(fā)技術研究中心，陜西 延安 716000； 2.延長油田股份有限公司七里村采油廠，陜西 延安 717100）

傳統(tǒng)巡檢需要對抽油設備進行人工定時、定點巡視，靠眼睛、耳朵的感官去發(fā)現運行設備的異常，但巡檢的工作量、巡檢線路的長度與地理環(huán)境和氣候的變化都有很大的關系，不僅周期長、費時費力，設備故障的及時發(fā)現更是無從談起，一個月測試一次示功圖根本不能反映井下抽油泵運行狀況。針對上述問題，油田信息化建設應運而生，它是伴隨計算機在石油工業(yè)中應用而發(fā)展的，它是從剛開始的地震勘探，到后來的電子示功儀、計量站轉油站建設，直到現在油田進入數字化階段，該階段實現了油井和站點的實時監(jiān)測、自動控制、自動預警和自動診斷。數字化抽油機控制柜、抽油機節(jié)能控制器、無人值守站和DMS 系統(tǒng)等技術，是油田現代化發(fā)展所必需的，對于水平井井況監(jiān)測與控制也是亟需的。本技術將物聯(lián)網與油田生產工藝融合，以現場實時采集的油井示功圖為主要依據，遠程控制抽油機的工作制度，達到全面實現油田地面生產過程的自動化監(jiān)測與遠程優(yōu)化的目的[1]。

1 技術研究思路

為實現快速油田機采參數優(yōu)化、故障診斷以及智能檢測等目標，首先需了解水平井當前生產工藝現狀和現場基礎通信條件，再結合設計目標，進行技術方案的設計，對比相關方案，通過試驗發(fā)現潛在問題并加以完善，試驗成功后再進行最終的推廣應用。

利用當今物聯(lián)網技術，將井場現場參數（如示功儀、電壓、電流等）傳到主控室[2]，在主控室中完成現場參數的接收、分析、計算，并將分析結果發(fā)送給現場執(zhí)行機構，使抽油機按照最佳的經濟參數運行。依據現場生產和采油大隊管理模式，基于系統(tǒng)安全考慮，采用智能終端與智能分析系統(tǒng)相結合方法來實現水平井井況檢測和最優(yōu)控制，如圖1所示。

圖1 技術路線圖

首先基于現場智能設備，完成功圖和電參數據采集，采集完成后進行本地數據分析和異常數據處理，檢測調節(jié)裝置當前狀態(tài)；同時將采集數據通過GPRS 上傳至服務器端，在服務器端進行產液量、油井故障和泵效分析，同時結合歷史參數，分析最優(yōu)生產參數，并將指令下發(fā)給水平井控制器。最后依據下發(fā)的最佳指令，確定最終生產指令，并控制變頻器實現參數調節(jié)，完成調節(jié)后，進行生產狀態(tài)評價，為下一次調節(jié)做好準備。

2 井況監(jiān)測技術研究

隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，油氣生產物聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng)已經成為國內數字化油田向智能化井場發(fā)展的關鍵，其核心是通過示功圖與電流圖實現油井工況異常診斷、抽油機故障監(jiān)控及油井的產液準確計量，在抽油機上、下沖程的同一個周期內同步采集示功圖、電流與電功率數據。

1）通過功圖傳感器，可以連續(xù)測量抽油機一個周期內光桿拉力與位移數據，并最終形成一個封閉的圖形，通過這個圖形來反映油井的狀況。其安裝在光桿上，所測量功圖數據通過4～20 mA 信號上傳到井口RTU。

2）電參數測量模塊由信號取樣電路、邏輯電路及其他元器件測量單元結構共同組成。由芯片完成三相電參數的測量以及以數字方式校正系統(tǒng)誤差（增益、相位和失調等）所必須的信號處理并對各項數據進一步加工處理。軟件主要的功能是完成測量數據的處理；同時，利用外部通信接口傳輸采集的數據，響應外部設備的各種查詢，校準數據設置操作。

3）在抽油機上、下沖程同一個周期內分別采集示功圖、電流與電功率數據，由同步處理單元定時喚醒休眠狀態(tài)的示功圖采集單元，電參單元接收到同步處理單元下發(fā)的同步采集信號，開始采集電參數據，直到同步處理單元下發(fā)同步停止信號，示功圖單元上傳示功圖數據完畢，下發(fā)電參單元上傳信號，待電流圖、功率圖數據上傳完畢，對示功圖、電流圖、功率圖進行同步算法處理，最后將圖形數據上傳至油井智能 RTU。

3 最優(yōu)控制技術研究

提高抽油系統(tǒng)效率主要集中在以下兩個方面：一是提高設備的效率，即提高抽油機設備的利用率并保證在較低的能耗水平下，提高油井的產量；二是，優(yōu)化抽油機的抽汲參數，使抽汲參數與油井的供液能力相匹配，實現最優(yōu)化生產。當在采油設備生產性能和下泵深度已經確定情況下，抽汲參數中決定抽油系統(tǒng)效率的因素主要有沖程、沖次、泵徑。

在油田的實際生產中沖次是調節(jié)產量和提高效率實現節(jié)能高產的最快捷途徑，隨著變頻技術的應用，沖次調節(jié)可以實現無級自動調節(jié)。依據泵的充滿度以及當前產量需求調節(jié)沖次是目前采用較為廣泛的技術之一，從而實現對水平井井況實時檢測。系統(tǒng)會對所采集的水平井數據實時分析，依據油井生產規(guī)律，提出參數調節(jié)指標，利用智能控制裝置[3]，調節(jié)水平井的生產參數，從而提高水平井的生產效率，達到最優(yōu)控制。同時通過自動調參設備的研發(fā)和應用，豐富了延長油田油井調參技術手段，降低了油井作業(yè)成本，在確保油井供排協(xié)調的前提，達到節(jié)能降耗、降本增效的效果。

4 應用情況

在延長油田志丹采油廠選取10 口井試驗，抽油機井平均沖次由每分鐘5.15 次降至4.2 次，下降了18.45%，在未使用該技術情況下，平均噸液耗電量13.292 kW·h，平均功率因數0.368；在使用該技術的情況下，平均噸液耗電量10.540 kW·h，平均功率因數0.851，噸液平均節(jié)電率為17.27%。依據油井目前實際產液能力，將現有過剩的抽油機的工作沖次與油井工況進行匹配下調，把以往多余消耗的電力輸出節(jié)約下來，同時把以往高頻次的機件載荷造成的系統(tǒng)磨損成倍降低，使油井在生產過程中的成本與損耗處于最低狀態(tài)，節(jié)約電力消耗和不必要的機械磨損[4]，達到了節(jié)能降耗的目的。