基于动液面的智能采油控制系统张朋娟

基于动液面的智能采油控制系统张朋娟

张朋娟1李雪梅1樊长龙2

1.大庆油田有限责任公司第九采油龙虎泡采油作业区；2.大庆油田有限责任公司第四采油厂第二油矿

摘要：随着数字化油田建设与产能提升的逐步推进，长庆油田受低丰度、低渗透、低产出地质特点制约，在采油生产过程中由于供液能力影响造成动液面和套压的变化，直接影响了抽油机效率与能耗，研究基于动液面的智能采油控制系统具有重要意义。

关键词：动液面；智能；采油控制

1引言

目前，依托嵌入式、通信、物联网等技术的发展，数字化油田正逐步迈向智慧油田。油井关键参数的数字化采集可以反应采油生产运行状态，通过智能控制技术在采油过程中的不断应用来提高采油效率，对油田产量的提升具有重要作用。数字化采油生产主要是利用RTU对油井示功图、电参数进行采集，通过无线网络传输到油田的数字化控制中心，油田可以实时观测到油井生产运行数据并进行远程控制，部分数字化抽油机控制系统也可根据示功图数据实现抽油过程的闭环控制。现有的抽油控制方法大多根据示功图推算油井动液面来调节抽油机的运行冲次，对产液量提升具有一定的效果，但是计算得到的动液面与实际动液面还是有一定的误差，而且目前的控制方法只对抽油机进行控制，难以实现采油过程实时动态控制。

2采油控制系统原理分析

根据智能采油控制系统的需求分析，将智能采油控制系统设计为双回路控制，一路是对动液面进行控制，另一路是对套压进行控制。系统的控制目标分别为动液面Hr和套压Pr两个参数，动液面检测仪能够同时检测动液面的测量值Ht和套压的测量值Pt。智能控制器通过分析动液面的变化情况得到变频器运行频率指令，通过频率调节改变抽油机冲次，冲次调节使抽油机的抽汲能力随地层供液情况相匹配，使动液面始终保持在合理的沉没度范围内。套压控制是由智能控制器控制排气装置自动排放井内套气来实现套压稳定。系统通过对动液面和套压进行调节，实现采油过程的最佳控制。

3智能采油控制系统方案设计

3.1智能采油控制系统总体方案设计

根据智能采油控制系统的需求分析，结合采油工艺过程、智能采油控制系统的控制原理，引入目前成熟的检测仪表和设备等，对智能采油控制系统进行了方案设计。智能采油控制系统主要有动液面检测仪、载荷和位移传感器、智能控制柜、抽油机运行主电机、平衡电机、排气装置、无线传输设备和监控主机等构成。智能采油控制包括了数据采集，动液面和套压控制、无线传输等功能。智能控制柜是系统的重要组成部分，它便于控制柜的设备连接和一些辅助器件放置，同时也防止了淋雨等问题损坏设备，智能控制柜中的核心器件为智能控制器。在智能采油控制系统中由动液面检测仪、载荷传感器、位移传感器与控制柜内的检测仪等对采油过程中的数据进行采集，并通过有线传输至控制柜内的智能控制器。智能控制器通过分析动液面和套压的变化情况控制套气排放装置和变频器实现对采油过程的智能控制，达到控制动液面和套压的目的，还实现采集到的油井数据通过无线设备传输到后台的监控主机进行远程监控等功能。

3.2智能采油控制柜设计

智能控制柜是智能控制器、变频器、三相电参检测仪等设备正常运行的重要保证，同时它内部还装有继电器和交流接触器由智能控制器控制，实现自动启停等功能。智能控制柜内的核心器件为智能控制器，动液面检测仪、载荷和位移传感器等设备的信号传输线通过智能控制柜内部线槽与智能控制器相连接。

3.3智能控制器设计

3.3.1智能控制器构成设计

在智能控制器设计时，需要按照功能需求设计相应的电路，应当包括的实现系统功能的重要电路有数据采集、冲次调节、套压控制、启停控制、外部存储和无线传输等电路。智微控制器是控制器构成核心，课题在电路设计时，选用ST公司基于ARM内核32位芯片STM32F205VCT6，该芯片工作频率高达120MHz，150DMIPS，内置存储器保护单元，具有自适应实时加速器（ART加速器）。芯片内自带1MB的FLASH、128+4KB的SRAM（128KB的SRAM和4KB备用SRAM），还有非常丰富的外设资源，如ADC、DAC、定时器等模块。这款微控制芯片所带内部资源和扩展接口能够满足智能控制系统的控制、采集、存储需求。数据采集包括了动液面、套压、示功图和电参等油井运行相关数据；抽油机启停、平衡和排气控制由继电器控制实现，主要完成采油过程中抽油机的启停、平衡电机的正反转（移动平衡滑块）、套气排放的工作；电源设计专门分别为微控制芯片、存储、语音提示等电路提供稳定的工作电压，保证各个电路能够稳定的工作；外部存储电路是对微控制芯片的存储空间进行的扩展，保证足够的存储空间对采集的数据的保存，这些数据一方面用于对油井目前采油状态的处理判断，另一方面将这些数据传输至后台的监控中心；通信主要用于实现获得仪表的数据、与变频器通信实现冲次调节、无线远程传输的功能，设计的通信有RS485和RS232接口电路；控制器还留有一个JTAG接口，方便程序调试和烧写工作。

3.3.2智能控制器通信接口

智能控制器需要与仪表设备之间的进行数据通信，选择合适稳定的通信方式对于智能控制系统的高效、稳定的运行至关重要。由于动液面、套压、电流、电压信号不是由智能控制器通过传感器进行测量的，这些参数是使用功能独立的检测仪表进行测量。动液面和套压数据是通过选用精准的动液面检测仪进行测量获得，电压、电流和功率因数等数据是通过三相电参检测仪测量得到，这两个检测仪表均带有RS485接口。冲次调节由智能控制器通过控制变频器频率改变电动机转速实现的，因此智能控制器需要与变频器建立通信，使变频器能够接收得到抽油机冲次调节的指令，同时，智能控制器也能获得变频器运行时的相关参数，变频器数字通讯接口也是RS485接口。选用的显示模块也通过RS485进行通信显示。

结束语：

由于外围油田大多数都是低渗透区块，地层压力和渗透率普遍较低，动液面直观的反映了地层渗透和流压的情况，地层普遍存在供液不足导致动液面不稳的问题。动液面下降对采油过程产生了直接的影响，油井内形成的高套压也对采油造成了一定的影响。

参考文献：

[1]刘阳，曾鹏，于海斌.面向智慧油田的工业物联网语义集成技术研究[J].中兴通讯技术，2016，22（05）：51-55.

[2]张馨元.数字化油田建设效果与应用前景分析[J].化学工程与装备，2017（01）：188-190.