RTU控制系统在牙哈凝析气田井口上的应用

翁乙友

(中国石油塔里木油田公司，新疆 库尔勒 841000)

中国石油塔里木油田公司天然气事业部牙哈凝析气田是目前已投入开发的全国最大的整装高压凝析气田，东西长70km，南北宽8km，具有气藏压力高且埋藏深的特点。目前牙哈凝析气田有3个区块相继投入开发，现有采油气井27口，但是早期由于考虑成本的原因，绝大部分单井只安装了翼安全阀；后期开发的单井同时安装了井下安全阀和翼安全阀。以前关井时，操作工必须到井口现场去操作，每年集气站检修都要花费很长的时间去现场关井；又考虑到如果现场出现紧急情况需要关井，操作工去现场关井花费大量的时间，容易造成不必要的损失。基于以上两个原因，为了保证井口装置的安全性和使用寿命[1]，公司组织技术人员在井口上安装远程终端控制系统(Remote Terminal Unit，RTU)，每个井口都采用独立的MOSCAD程序模块控制开关井操作。

1 RTU控制系统简介①

RTU控制系统，具有通信距离较长、设计简单、可靠和便于扩展的特点。现在该技术使用已经相当成熟，广泛使用于各油田、水利及电力调度等行业[2]。牙哈凝析气田井口上的RTU控制系统是由27口采油气井和一台上位机以星型网络结构组成，其中每口采油气井上都由液压传动、电气控制、触摸屏界面操作、监控系统、外接控制管线和井口检测传感元件6个部分组成。电气控制部分主要由MOSCAD模块内部逻辑程序实现对井下安全阀和翼安全阀的顺序控制、开关延时控制、易熔塞防火保护回路、就地紧急关井及远程紧急关井等多种功能。牙哈凝析气田单井上所使用的MOSCAD控制系统程序根据单井上是否设有井下安全阀而略有所不同，但是在功能和设计原理上都是一样的。触摸屏界面操作用于现场操作工操作，监控系统将井场的实时情况上传至主控室。

1.1 液压传动控制原理

液压传动系统是由电动液压泵和手动泵作为控制和驱动安全阀的源动力。泵的出口压力约68.95GPa，从泵出来以后分流成为两部分：一部分作为井下安全阀动作的动力；另一部分经过减压阀以后控制在41.37GPa左右。而后面这部分又分为3部分，部分经过调压阀将压力降到827.40kPa左右，为井下安全阀、主安全阀和翼安全阀动作提供控制动力，至于何时提供控制动力、为哪个安全阀提供控制动力则由MOSCAD模块的内部逻辑程序决定；剩下两部分分别为主安全阀和翼安全阀提供动力[3]。液压传动控制系统原理如图1所示。

1.2 电气控制原理

电气控制系统中的MOSCAD控制模块集成3个通信接口，每个通信接口又可以配置为RS485、RS232和以太网3种通信协议，与工业型光纤交换机相结合，可以方便快捷地接入远程控制系统，将井口的井下安全阀压力、翼安全阀压力、油压、套压、回压、阀前温度、阀后温度及现场是否有报警信息等参数，通过通信电缆传送到主控室上位机，以实现主控室操作人员的远程监控。MOSCAD控制模块通过程序自动实现顺序开井、关井的逻辑功能，实现系统过压保护、压力自动补

图1 液压传动控制原理

偿功能和低油位报警控制功能[4]。RTU控制系统的控制逻辑中的任何一个条件成立都会导致关井，即：远程关井信号、就地关井信号、油箱液位报警、易容塞报警、回压高报警、在未屏蔽低压报警的情况下回压低报。

如果是开井，那么以上所有条件全部排除才能动作。当然如果在屏蔽低压报警的情况下，即使回压低报也可以强制开井，这主要是考虑到每年的检修结束后，管线内的压力为零(压力为零会导致回压低报警)井口在投产时使用的。

2 RTU控制系统特点

RTU控制系统是以MOSCAD模块为核心的一个逻辑控制系统，该系统在牙哈凝析气田井口上的运用特点如下：

a. 将井口采集的油压、套压、回压、温度及报警等数据发送到主控室，避免了操作人员去每口井上抄录数据，减少了操作工的工作量；

b. 在井场停电的状态下，采用UPS持续供电(3h以上)，UPS在供电的同时向主控室发出报警，提示操作人员井场供电故障；

c. 如果井口发生火灾，易熔塞会因为高温而融化，易熔塞压力就会突然降低，最终导致关闭井下安全阀和翼安全阀，防止井口的进一步破坏；

d. 如果是在主控室操作远程关井，那么至少要等5min以后才能开井；

e. 在主控室即可关闭所有的采油气井，这在每年的检修时避免了操作工到每口井去操作，当然该系统也可关闭指定的某口单井；

f. 从安全方面考虑，在MOSCAD模块中做了一个突发程序，即假如某一口井的某个数据突然产生变化并且变化达到一定的程度时就将该井数据及时更新，如果超出了设定范围内的值，将及时产生报警信息；

g. 在开井的过程中，最先打开的是井下安全阀，1min后再开启翼安全阀，防止井下安全阀前后压力不平衡导致翼安全阀不能开启，最终导致开井失败；

h. 该系统中还设有对现场井口的视频监控，操作工在主控室就能监视现场27口井的实时情况，及时发现井口是否存在安全隐患。

3 结束语

为解决关闭所有的单井时间太长和在突发情况下关井难的问题，中国石油塔里木油田公司天然气事业部牙哈凝析气田投用了RTU控制系统，保障了井口安全平稳的生产。自控制系统投用以来，该系统性能稳定可靠，至今未出现故障导致事故。