油田自动化系统中油井监控技术的应用探讨

摘 要

本文通过介绍油井监控技术的组成及特点，阐述油田开发各阶段的监控技术及油田中央监控自动化系统，说明油井监控技术采取的安全措施。为众多石油工业工作者提供参考。

【关键词】油田自动化系统 油井监控技术 安全措施

目前，国内在数字化、智能化油田建设中拥有丰富经验者之一是北京安控股份有限公司，该公司通过对油气油田工艺、行业发展趋势及用户需求的深入了解，已成功实施多个数字化油田项目，已应用在新疆、青海、吐哈、中原、胜利及大庆等油田中，机采系统效率提高5个百分点以上，综合节电率达30%以上，改善了职工劳动环境，节约了用工成本。油田自动化系统能大大提高油田的开采效率，其中核心技术之一是油井监控技术。了解掌握该项技术是石油工业从业人员顺应时代发展的要求，也是石油产业蓬勃发展的必然要求。

1 油井监控技术的组成及特点

作为油田自动化系统的重要控制环节，油井监控技术的数字化、智能化水平对油田自动化系统有着重大影响。一般地，油井监控系统由关断阀、传感器、变送器、控制阀、传送器、SCADA系统、RTU装置、 及其相应的系统软件等组成。油井监控系统的自主运行分为三层框架——系统终端、网络传输、信息中心。系统终端用于采集现场互感器、传感器、变换器等数据信息，通过有线网络或GPRS无线网络传输数据，信息中心利用单片机等设备统计、处理、分析传输而来的监控数据，实现对油井工作状态实时监控。

油井监控技术具备设备数据检测功能，油井间数据共享功能，油井事故辅助分析功能，报警与权限功能等。这些功能的实现都离不开油田中央监控自动化系统，又称为油田监控SCADA系统。该系统配备高性能计算机和不间断UPS电源。该系统由现场测控单元和测控中心组成。测控中心对系统配置、维护、管理及报警处理进行集中监控，属于系统的核心部分。构成该系统的基本要素是现场测控单元，一般情况下由PLC或者RTU组成，实现对本地I/O点的数据采集及控制。检测、存储计量站RTU与油井RTU的数据是中央监控系统的主要任务。运用系统查询功能获得相关数据，对监控人员进行系统报警提示，有利于最快时间对现场故障进行排查。

2 油田开发各阶段的监控技术

油田开发各阶段的油井自动化监控技术包括抽油井的监控、自喷井的监控、气举井的监控、电潜泵井的监控、螺杆泵井的监控。数字化抽油机是具备数据采集和远程控制功能的抽油机，它能实现冲次的自动判定和调整、平衡的自动判定和调整功能，是监控技术中的重要一环。

2.1 抽油井的监控

抽油井的监控系统包括电机控制柜、井场RTU、变送器、传感器等。抽油机的控制通过电机控制柜实现，对油井的油压、油温、套压、负荷及抽油杆的位移实时采集。抽油机的运转状态数据经变送器传至RTU装置，实现数据的存储和分析，比照常规液位水平值，将油井液位控制在常规范围内。当抽油机停止运转，示功图将实时绘制输出。示功图能够反应部件及设备的运行状态，减少故障、降低损失、节约能源。

2.2 自喷井的监控

自喷井的监控系统主要采集温度、油压、套压、回压等油井内数据。为控制油嘴的开度，依据电动油嘴的调节性，选择性采集油嘴阀位数据。变送器将采集的模拟信号传至井场RTU，经分析处理后传至MTU进行运算。油嘴的开度依据MTU发出的指令进行控制，间接控制油田的产量。此系统快捷的响应减少了无效率的浪费。

2.3 气举井的监控

气举井是油田开发中期的主要开采方式，对其监控技术的应用体现在注气举气的控制，实现大产量原油的开采。监控系统运作原理如下：电动调节阀气举气入口流量的控制是通过RTU，MTU对RTU传输的数据进行科学运算，输出改变电动可调节阀开度的指令，间接控制油田开采进度。

2.4 电潜泵井的监控

电潜泵井的监控系统包括电潜泵远程装置、RTU、MTU、变速驱动器组成。其中，变速驱动器是电潜泵控制的核心，模拟型号、开关型号、脉冲信号的搜集通过RTU完成，RTU通过对电机频率、电机电流等数据分析，判断驱动器工作状态，输出信号传递至MTU，实现对电潜泵油井的远程监控。如果无需远程控制，变速驱动器将自动根据井底压力传感器反馈的信息实现对电潜泵的控制，保障井底压力的稳定。

2.5 螺杆泵井的监控

螺杆泵井的控制采用螺杆泵动态控制图实现。螺杆泵动态控制图是用来了解螺杆泵井工况的一种手段，并对生产实况进行宏观监控，用以指导生产。螺杆泵井的实时监控原理如下：螺杆泵井的参数调整依据控制图，令其符合螺杆泵井的工况，依不同区域的螺杆泵井，制定相应的控制方案。

3 油田自动化系统及安全措施

油田工作环境复杂、气候恶劣，依靠人工对油田实时监控存在困难，导致油井运行的安全性、稳定性存在隐患。因此，采取自动监控系统能令油田工作者迅速了解采油电压、油井工作压力、蒸汽温度等情况，提升油井运转安全性、可靠性、稳定性。此外，油井监控技术能有效降低人力资源成本和生产运营成本，在高危高压工作区无需人力便可实时监控；监控技术对油井供配电情况的反馈，能令油井采取最优资源配置，减少生产运营中不必要的浪费。

油井监控技术除以上特点外，还具备可扩充性、操作简易性的特点。随着监控系统软件不断升级，能有效延长设备使用时间，结合油田不同阶段的开发，采用相应的作业方式，高速、高效、高质实现油井数据的采集、分析和控制。模块化、图形化设计令油井监控系统操作简便易行，功能健全的各组成部分使数据分析、比对、处理高效可靠。

在油井作业中，远程开关对避免意外事故、保护油井安全起着至关重要的作用。地面安全阀、井下安全阀、地面安全控制油井及井场构成远程开关系统。实现对地面安全阀开关的合理控制，是利用油田自动化系统向油井远程开关发送信号，通过相应通讯系统将信号传输至RTU，再将数据信息信号发送至地面安全控制系统。由于国内油田多数处于恶劣的工作环境，对监测设备在一定程度上会造成损坏，因此油井监控系统的设计需考虑设备安全保护环节。随着互联网的快速发展，若是网络完全没有保障，黑客的入侵将造成难以弥补的损失，因此油井监控系统进行网络传输数据前，需做好加密等保护措施。

4 结束语

科学技术是第一生产力，石油工业要想急速快速发展离不开自动化。实践证明，油田系统自动化水平越高，开发效率越高，成本越低。随着油井监控技术的不断发展，将会更好地服务于石油产业。

参考文献

[1]于长江.油田自动化系统中油并监控技术的应用[J].信息系统工程，2014，4（6）：124.

[2]胡文娟.油田自动化系统中油井监控技术的应用分析[J].中国石油和化工标准与质量，2013，4（11）：334.

[3]杨勇.油田自动化系统中油井监控技术的应用[J].信息系统工程，2012，11（10）：123-124.

作者单位

西安石油大学计算机学院 陕西省西安市 710065