数字化油田油水井自动化系统的设计

柴义

（大庆油田工程有限公司，黑龙江 大庆 163000）

油田油水井自动化主要是指对油水井的生产、管理工作实现自动化，即利用自动化手段来对油水井进行计量、转油等作业的控制和对设备的自动化监测与控制。而数字化油田油水井自动化系统的设计工作还存在着人员素养不高、设备管理落后、成本投入量与实际设计需求存在偏差等的问题，从而不利于油水井自动化系统设计工作的正常进行。本文主要针对数字化油田油水井自动化系统的内容、特点、意义及设计进行了具体分析，旨在促进油水井自动化系统作用的发挥，增强油田企业的综合实力。

1 数字化油田油水井自动化系统概述

1.1 数字化油田油水井自动化系统的内容及特点

数字化油田油水井自动化系统主要包括以下两个方面：一是SCADA 系统或DCS 系统，SCADA 系统是一种功能强大的计算机远程监督控制与数据采集系统，它综合利用了计算机技术、控制技术、通信与网络技术，完成了对测控点分散的各种过程或设备的实时数据采集、本地或远程的自动控制以及生产过程的全面实时监控，并为安全生产、调度、管理、优化和故障诊断提供必要和完整的数据及技术手段。DCS 系统称为集散控制系统，其主要采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想和多层分级、合作自治的结构形式，主要特征是它的集中管理和分散控制；二是ESD 紧急关断系统，这一系统主要起到了对油水井生产管理中存在的安全隐患、环境污染、人员生命安全等问题的防范、保护作用，能够有效降低事故发生的概率，提高油水井生产管理工作的安全系数。而数字化油田油水井自动化系统具有网络化、自动报警、音频监控、风险预警等特点，能够实现对油水井生产过程的远程监控，且可以通过网络信息化平台对数据信息进行远程维护，并对数据报表等资料进行自动化记录、生成与上报，大大节省了工作时间，也为油水井的相关作业节省了很多时间和成本。

1.2 数字化油田油水井自动化系统设计的重大意义

第一，实时监控油水井生产过程并及时记录相关参数，以保证油水井在生产过程中相关参数出现偏差时能够得到及时反馈与解决，保证生产工作的顺利开展，还能够为该作业节省人力，有效减少了人工误差发生的概率，提高了数据信息的准确性。且该系统也具备一定的故障自测与诊断能力，并能够根据突发状况开展应急处理工作。第二，能够提高油水井生产的安全系数。如该系统能够对风险隐患等进行预警，实现故障巡井，同时，系统的操作过程安全有序，运行管理经济环保，促进了油水井生产工作的安全进行。第三，有效降低油水井生产的成本投入量。在数字化油田背景下，油水井的自动化管理能够节省很多人力、物力，从而使得油田企业的成本投入量有所降低。

2 数字化油田油水井自动化系统的设计分析

2.1 自动化系统的结构和数据采集

数字化油田油水井自动化系统由多个RTU 或PLC 组成的现场测控单元类软件及站控软件系统，而采集信息工作及控制本地I/O 点是由一个独立的RTU 子系统来进行的。对于整个自动化系统来说，能够对整个现场的测评单元进行集中、统一控制的站控系统就是它的核心，这一系统主要起到了对整体自动化系统的参数进行科学合理的调整及提高油田油水井生产管理效率的作用，能够促进油水井的顺利生产。而油水井自动化系统中数据提供的方式主要包括实时生产的数据和非实时生产的数据，实时生产的数据主要是指该数据每时每刻都在更新与完善，其需要借助与数据采集相关的服务器对进口的控制器、配水间的数据、计量站等进行实时扫描，并在监测平台上配置最新的数据，以便于检测人员能够实时了解油水井的生产情况。而非实时生产的数据主要是油井示功图及其诊断以及计量结果等具有阶段性特征的数据信息，如油井功图诊断所得到的一组数据结果便会自动上传。

2.2 油田油水井和计量站现场测控单元

对于数字化油田油水井的操控单元来说，抽油机井的井口部分的操控单元主要起到了对井口数据进行采集以及控制井口启停的作用，所以，必须安装于井口处。通信模块单元主要起到了信息交流、数据采集、上传井口数据信息的作用，其主要是通过无线电来实现对生产现场产生的数据信息的采集，之后便将相关数据信息上传至通信模块并连接交换机到达局域网，这一操控单元主要安装于油水井的公共部分。而水井的进口安装有具备水井油压、套压等参数采集功能的无限压力变送器。

2.3 上位机站控系统

一是总貌图。总貌图主要起到了管理整个油水井分组生产的数据的作用，其可以显示开停井的次数、会管压力产生液体的量等的实时数据，也可以对事故进行预警、报警，以便于工作人员及时了解事故发生的位置，从而做出针对性的解决措施，以为油田企业避免很多损失。二是电子巡井。基于井场或管理站的分组，对电泵井、螺旋泵井、抽油机井进行管理，每一分组中油井的启停状态、油套压等相关数据信息均可通过列表形式而显示出来，并可以实现对每一分组的油井的全过程监控，同时，也可以显示每一油井的单独运行数据信息曲线。三是功图数据浏览。其主要是指在某一段固定时间内对每个井的相关功图数据进行浏览。四是计量监控。其主要显示的是三通阀的位置状态、油水井口的参水流量、会管的温度压力等，既可以对设备进行远程自动化操控，实现其启停功能，也能够进行自动排序，给相关工作人员带来了很多便利。

2.4 油水井自动化系统保护生产安全

数字化油水井的自动化系统有着完善的预警系统和防范系统，如当抽油机井的作业超负荷时，预警系统便会根据偏差进行预警，之后，防范系统便会作出针对性的解决措施，以便于抽油机的正常运作。同时，自动预警系统也配备于油水井的套压和配水间之中，为了避免憋压，对配水间系统的保护措施主要是通过监控单井流量及会管实时压力，当流量和压力出现偏差时，自动预警系统便会进行预警，相关工作人员收到信息后，需要对配水间的参数进行调控，以有效减少事故发生的概率。计量间的预警系统主要是对压力参数、可燃气体及设备参数等进行监控，当预警系统启动时，计量间的保护系统便会自动显示设备的安全防范状态，以保障计量间自动化系统的安全、稳定运行。

2.5 能耗管理

随着人们对环保的重视程度的不断提高，油田行业也在朝着节能环保的方向发展，节能环保的生产技术、设备、材料等已被广泛应用于油田生产过程中。而在数字化油田背景下，油水井自动化系统主要根据油田的生产条件来通过技术、管理等手段控制资源、能源的消耗，以减少企业的成本投入量，为该企业创造更多的综合效益。第一，抽油机井示功图可以通过自动化系统进行采集，随后，相关工作人员需要对示功图进行深入研究、分析，根据节能环保的基本要求选择合适的技术措施。第二，运用智能运算并根据抽油机井的电流、示功图等参数来获取机体的能耗数据，工作人员便可以以此来确定设备是否需要进行维修处理，以保证设备能够正常地运行下去。第三，抽油机基于功图数据分析功能可以进行故障的诊断，一方面，对数据进行智能分析可以帮助故障检测人员了解设备的实际运行状况，以便于工作人员能够根据实际情况来判定故障解决方案；另一方面，是可以强化设备与用户之间的交流。

3 结语

数字化油田油水井自动化管理与生产不仅可以大大缩短作业时间，减少成本投入量，还能够为工作人员提供便利，促进生产工作的安全有序进行。同时，数字化油田油水井的自动化管理也能够保证数据信息的准确性和可靠性，而对于油水井的开采工作可以进行全过程监督，以不断提高油水井的生产效率。且自动化系统能够对设备故障进行自我诊断，预警机制和防范机制较为完善，能够促进油井开采工作的稳定进行。