单井数据采集技术在有杆泵数据及功图采集中的应用

摘  要：“采油单井数据采集系统”是针对油田生产需要，十年精心打造的有杆泵数据及功图采集和处理、单井产液量计算的高性能单井数据采集系统。秉承安控“卓越品质，源于更高要求”的核心理念，系统具有安全可靠、操作简单、维护方便，可适应恶劣环境等特点。

关键词：采油井;数据采集

示功图是油田对油井实施管理的重要依据，是油田的一项经常性的检查项目。快速准确方便地获取功图对于及时了解油井产油状态和抽油机的工作状态，及时发现卡杆、断杆等故障，保持采油产量、减少电量消耗都具有非常重要的意义。但采油设备的主要部件（油泵和光杆等）都位于地下，人们无法直观知道它们的工作是否正常。借助于示功图（抽油机负荷与抽油杆位移的关系曲线），可以判断出采油设备工作及供油情况是否正常，以便对非正常油井进行及时的停机作业，减少设备的无效磨损，节约无效的电能消耗，保证其工作在最佳状态。

系统以油井“功图法量油技术”为核心来解决单井产液量计算。油井功图法量油技术把有杆泵抽油系统视为一个复杂的三维振动系统，首先采集抽油机井地面示功图，应用杆柱、液柱和油管三维振动数学模型求解，得到井下各级杆柱功图和泵功图，然后对泵功图进行识别分析并计算油井产液量。

“采油井数据采集系统”由单井数据采集器、通讯系统、软件系统三部分组成。系统结合了采油工程技术、自动化仪表技术、通信技术和计算机技术，具有油井自动检测、实时示功图、压力、温度等数据采集、油井工况诊断、产液量计量计算和查询等功能。

系统能够在无人值守的情况下实现油井的远程实时监控，实现完备的生产数据统计分析，及时掌握油井的动态变化，提高油田生产效率，保证安全生产，提高经济效益。

1.采油井数据采集器

采油井数据采集器既可独立工作，也可方便地联入控制网络实现远程遥测，形成SCADA系统，它由RTU、传感器、手操器等组成。RTU结合负荷传感器、角位移传感器或位置开关便可实现示功图采集。无线负荷传感器：负荷传感器是专用于测试抽油机抽油杆所受压力的专用设备。通讯协议符合IEEE802.15.4标准，无线芯片采用单片低成本低能耗的RF收发芯片。角位移传感器（适用于游梁式抽油机）：角位移传感器是专用于测试游梁式抽油机抽油杆位移的设备。位置传感器（适用于悬梁式抽油机）：位置开关采用稳定可靠的霍尔器件制作，是专用于测试抽油机示功图时计量抽油杆位移的专用设备。手操器：通过手操器现场显示示功图，现场读取、设定工作参数，可本地读取RTU保存的数据，上传到软件系统。

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2.通讯系统

系统支持GPRS通讯，数据传输流程：现场采集数据-现场RTU（编码）GPRS发送-公网-信息中心-转传未解码数据包-局域网-处理和应用服务器-网络终端用户。

GPRS网络临时中断或其它原因造成信息中断，影响数据传输时，RTU会对采集数据进行临时存储，并在网络恢复后系统主动读取RTU的数据。存储空间保证至少3天数据采集量。

系统还支持移动存储监测方式，适用于因条件所限，井口RTU不能与中控室通讯的状况。工作方式为现场人员用单井数据采集器配套的附件手操器，采用短距离无线技术在现场将各RTU存储的数据采集到手操器然后转存到中心控制室进行数据分析，产液量计算等操作。

系统结构图：采油井数据采集器既可独立工作，也可方便地联入控制网络实现远程遥测，形成SCADA系统。

3.软件系统

“单井数据采集系统”是针对油田生产而开发的集数据采集显示、数据分析存储、辅助管理、WEB发布功能的专用一体化软件系统。系统设计遵循“简单实用、经济高效”的原则，软件自动化程度高，实时采集、实时计算、实时发布。系统实现了油井产液量的自动计量、油井产液量的查询和油井运行监控，油井生产状况、功图、产液量曲线展示，实现单井生产信息的数字化处理。油井的示功图、产液量、压力等生产数据可以随时提取，管理人员可以及时发现油井的异常情况并采取措施。

软件系统的设计以简化地面计量流程和提高系统效率为目标，是油田自动化和生产分析设计工作有机的结合，从而为油田地面工艺系统的优化设计提供强有力的技术支撑。系统功能如下：现场工艺仿真：单井量油控制器实时采集现场数据，监视现场设备生产状态，模拟现场工艺流程。功图采集：实时采集地面功图，可根据现场要求灵活设定功图刷新频率;与抽油机基本数据结合，计算出井下泵功图，更真实的反应井下实际情况。功图分析：可按时间顺序对每个井口进行功图叠加对比，直观得出井口功图的变化趋势;可以诊断出供液不足、自喷等井口工况。产液量计算：系统以油井“功图法量油技术”为核心来解决单井产液量计算，计量算法有很强的适用性，油井生产后期阶段的间歇出油、间抽工作和井况变化较大的情况下，同样能够适用。安全功能：系统根据功图可自动判断断杆、卡杆等故障;同时监测负荷、压力等参数，异常时主动产生声光报警，保证系统生产安全。统计、分析功能：生成单井产液量的曲线，方便工作人员观察单井产液量的变化，可以设定站、層位、区块等的地质统计信息。定制查询功能：用户可定制查询条件，对数据进行查询，如设定查询产液量波动比较大的不正常井;油套压变化较大的井等操作，查询输出支持曲线、报表、饼图等方式，方便打印。提供标准数据库接口：可方便与其它系统共享数据;海量信息存储：历史数据长期存储，油井生产日志支持工程师对日常生产决策分析;高效的WEB发布功能：无论企业内部局域网还是互联网都可以实时发布数据。

4.结论

4.1功图法计量技术使油井产液量连续计量成为现实;

4.2在线功图给出的油井诊断结果，为现场生产工矿分析和管理提供了有力的保证;

4.3改变了传统的油井计量方式，能够简化地面计量流程，降低油田开发投资;

4.4生产现场远程自动数据采集和分析，减少交通车辆配备数量和运行时间，降低生产运行费用;提高劳动生产率，减少生产管理人员，改善工人的劳动环境;

4.5对抽油井进行生产分析、优化和决策，减少停产时间，提高油井生产时率;

4.6自动化测控系统与分析优化决策系统联用，提高油田科学化管理水平和系统效率。

参考文献

[1]  佟允宪等，孔板在两相流中的相分离效应与两相流湿度测量。清华大学学报，Vol.31，No.3，1991：12-16

[2]  佟允宪等，利用节流装置噪声测量两相流的理论模型。清华大学学报，Vol.32，No.6，1992：13-17

作者简介：张威（1976-），男，2015年中国石油大学（华东）毕业，工程师，长期从事稠油热采开发工作。