基于RTU控制器开展的油井间开控制实践

摘要:基于长庆油田近年来产出降低，能耗上升等核心问题逐渐明显的背景，探索一条能够降低能耗、提升产效的生产方式或生产制度是十分迫切的；本文主要围绕油田生产主力设备—抽油机就智能间开控制方案开展讨论，其中包含常规间开方案技术原理及可实施性、长庆油田采油十厂某实验作业区间开改造方案选型、间开效果评价等方面；经过近两个月的实验观察，综合分析间开执行后确实对日产液量及节能指数有积极影响，且所实施的制度性间开工作稳定，易于实施，可移植性强，对其他场站提产降能有很好的借鉴作用。

关键词:产出 能耗 生产制度 智能间开 效果评价

一、间开改造必要性

随着油田的开发和原油不断采出，地层压力逐渐降低，产出效率降低，能耗比上升，抽油机作为油田生产的主力设备，自然是油田用电的耗能大户。长庆油田近年来也面临着同样的问题，低产低效井数量不断增加，油井生产效率逐渐降低，而采用间开方式运行是机采效率提升最为关键、最有潜力、最容易实施、最为经济有效的技术手段。

二、间开技术原理

油井智能间开控制一是实现油井-抽油机自动化远程启停控制功能；二是建立抽油系统间歇抽油制度的优选方法，为间歇抽油制度制定提供理论依据，使间开制度具备智能性，广泛适应性，进一步提高油井的生产管理水平，在产量不降低的前提下实现节能减耗；

三、间开方案讨论

3.1、制度型间开

由RTU执行服务器端下发的间开控制制度，自主定时执行抽油机启停操作；制度型间开方案间开制度生成是系统的核心，安全可靠的前端控制系统是间开运行的基础；方案结构如图一所示：

图3.1 制度型间开技术结构

（1） 根据历史数据分析结果及油井工况构造间开理论模型，确定间开制度；

（2）由上级服务器或设备管理平台通过井场主RTU向井口RTU写透传间开制度，井口RTU根据时间基值+秒级计数（对应制度下发时开关机时长）确定抽油机启停时间；

（3）井场主RTU监测间开运行时生产数据变化情况，特别是间开节点的执行结果及相应事件；

（4）平台侧根据出产效率和节能指数等关键性指标综合分析本阶段间开制度的完备性，以确定是否需要调整制度。

3.2、液面反馈型间开

由RTU接收动液面测量仪的页面数据，依据动液面高度进行油井启停操作；目前实现实时页面监测主要手段是井口安装设备进行实时监测动态页面，直接检测套管空间页面高度，设备厂商如海联、思坦等。

图3.2 液面反馈型间开理论基础

实际生产中，油井关井后，按监测周期对液面进行间歇性监测，求得沉没度并绘制沉没度上升曲线，找出上升变缓的拐点，其对应时间为关井结束时间，此时抽油机为理论开机时间；随后油井开机后同样会

周期性监测液面数据，绘制沉没度与生产时间的关系曲线，当沉没度下降到0时，所对应的时间就是开井结束时间，即为理论停机时间；

3.3、功图学习型间开

由RTU自主学习油井功图数据，通过模型分析推算油井开井时长和关井时长，自主进行间开控制运行；

利用数字化测量示功图和工况诊断系统对间歇出液油井示功图的形状变化进行监测，通过对间开开井功图对比分析，油井功图主要为间歇性低渗透出液、持续性低渗透出夜两种类型井；间歇性低渗透出液的油井在间歇出液期供液较好，功图饱满，一旦液面被抽后，油井一直处于连续性供液不足状态。持续性低渗透出液的油井功图一直处于严重供液不足的状态下，供液能力较差，功图显示供液不足。

图3.3 间歇性低渗透出液功图叠加          图3.4  持续性低渗透出液功图叠加

使用该方案时，应对油井前期运行情况进行仿真测试，利用采集的模拟功图在软件上对油井功图面积进行计算对比，在设定初始抽油机间抽时间的基础上，根据示功图判断得到油井供液情况，自动判断逐近油井最佳间抽时间，油井供液能力发生变化，也将及时自动调整间抽时间。

3.4、间开方案选择

上述三种间开方案中，液面反馈间开与学习型间开对抽油机的启停触发更加严谨，间开执行对产能效率的影响会更加明显，且节能效果显著。但对于油田数字化产业链的技术完备性要求较高；在现有数字化生产环境中，基本采用井口RTU+井场主RTU+平台服务器的结构，生产数据逐级上报，而井口RTU与井场主RTU通信由于采用无线通信，相对于有线方式（RJ45/RS485）稳定性与可靠性较低，而井口RTU为避免性能过剩，并不具备完成持续性运算任务的能力，因此功图分析法虽然效果理想，但可实施性较低，作为非首批试验项目，并不是最佳选择；以长庆油田采油十厂为例，动液面监测设备并未完全部署，加之该方案并未有项目经验积累，因次对于此项目动液面反馈间开方案并不具备有效实施等充分条件，从采油一场、采油三厂等前期间开项目开展情况来看，制度型间开技术结构简单、可实施性强、制度调整灵活可控，更易于出产、节能效果等结果分析。

四、间开改造案例

项目实验单位：长庆油田采油十厂某作业区

间开改造油井数量：682

间开测试井样本数量:70

间开选井目标:低渗透出液井

图4.1 测试井功图样本一            图4.2 测试井功图样本二

4.1、间开执行方案

图4.3 实验作业区间开方案流程

如图4.3所示，本次智能间开改造项目选取的间开方案为制度型间开，间开制度作为系统执行核心要素，将存储在离井口最近的井口RTU中，近似于分布式系统，谨遵“一井一策”的原则，另外在方案制定时考虑到以下三点：

（1）间开周期不易过短，过短无法体现间开对产效以及节能的影响；

（2）间开周期最好在一天内执行完，即能被24(h)整除，便于结果统计；

（3）间开制度应错峰执行，避免负载功率峰值过高；

4.2、间开测试井列表

本着间开选井-低产量、高能耗的基本原则，本次间开测试另外还考虑到后期维护的便利性和数据集中观察的可视性，在实验选井时基本保持所选的井在一条维护线上，所选的测试井相关信息具体如下表所示。

表一 间开选井(部分样本)

4.3、间开执行结果跟踪

图4.4 间开执行正常数据统计（日）

如图4.4所示，正常情况下间开执行开关机的时间节点与智能油井系统所下发的计划制度一致，考虑到通信流程及网络等影响结果的不可控因素存在，实际在监测间开执行结果时，也可以根据主RTU功图上传情况判断抽油机是否按间开制度执行开关机；对于异常情况，可读取间开制度点表对应的事件记录寄存器的数值，判断事件原因；

4.4、间开效果评价

4.4.1、产液量及能耗变化曲线样本

图4.5 间开执行前后产液量及能耗变化曲线

如图4.5所示，随机选取2个井组间开执行前后能耗变化曲线，基本能看出间开制度下发执行后，日产液量程上升趋势，日能耗虽然与间开执行前无明现变化，但在通过近一个月的制度调整及长期观察，能耗曲线逐渐趋向递减；

4.4.2、间开运行关键参数效果对比

图4.6 间开效果对比图（日）

如图4.6所示，以选取的间开测试井样本为例，在执行智能间开后，日产液量由未执行间开时的75.17(m³)提升至96.86(m³)，抽油泵效间开执行前日13.64%提升至 20.86%；系统效率由间开执行前日10.41%提升至17.03%；充满程度由间开执行前日20.20%提升至26.88%；耗电量由原3272.91kwh下降至2467.48kwh；

4.4.3、间开前后示功图叠加对比情况

图4.7 间开执行前后功图叠加对比（样本一、二）

五、结语

截至12月，由长庆油田持续研发打造的油井智能间开工艺技术已累计在生产现场实施作业2089口井，在确保油井安全平稳运行、产量不降的基础上，平均单井泵效提高了22.36%，系统效率提升了2.9%，节电率达51.7%以上；长庆油田研发的智能油井间开系列技术为油井精细化管理、智慧油田建设提供了有力的技术支撑，此项技术具有较强的可移植性，适用于国内其他低渗透油田推广应用。