油田丛式井组远程自控井口加药装置研制与应用.docx

油田丛式井组远程自控井口加药装置研制与应用田殿龙1,2 杨仓海1,2 李永清1,2 樊晨1,21长庆油田油气工艺研究院 陕西省西安市 710018 2低渗透油气田勘探开发国家工程实验室 陕西省西安市 710018摘要：为了有效克 服油井清防蜡剂人工添加存在的劳动强度大，动用人员车辆多，遇雨雪天气对路况差及偏远井加药无法保 证等弊端，研制了 一种适合于油田丛式 井组的远程自控多 井井口加药装置。 该装置以MSP430超低功耗单片机为自控核心， 控制多路电磁阀岛 和高压计量柱塞泵来实现了井口加药的无线自动化远程控制。具有加药记录数据的采集和远传，一机多井 加药，低液位报警 ，断电自动恢复等功 能。现场试验表明 该装置的应用使人 员上井间隔由原来的3-5天延长至15-30天，高 套压油井加药时间缩短一倍以上，提高了劳动效率，降低了运行成本，延长了油井检泵周期，具有良好的社会经济效益。 关键词：油田丛式井组；清防蜡剂;井口加药;远程自动化；一机多井；油田数字化中国石油和化工自动化第十一届年会学术论文集(3)压力保护功能，当出口阻塞或套压异常时，可自动开通回流阀打循环，使阀体免受高压影响， 出现安全事故。(4)耐高压、整体化、结构简单、维护方便。3141药箱进口过滤2磁翻板液位计3药箱4天线5药箱出口过滤6药箱盖7控制面板8回流阀9多路电磁阀岛10高压电磁球阀1l泵压力表12阀岛出液口13高压计量泵14排量旋钮 图l油田丛式井组远程自控井u加药装置结构图图2远程井口自控加药装置井口连接示意图图3 多路电磁阀岛结构简图22远程控制系统设计 图4为井口加药装置通信系统示意流程图，随着长庆油田数字化建设推广，为了满足油井功图计量和视频监控等数字化设备的需要，目前长庆油田丛式井场都安装了无线网桥天线，实现了井场到站点的无线 通信，整个油区组建了油田局域网，这就为油井井口加药的无线远程自动控制提供了可靠的通信基础。加 药装置内置的通信模块能使加药装置与井场无线网桥之间的无线通信，而通过网络协议转换器MOXA5110 则可将井场网桥接收到的远程控制端网口指令转变为加药机可以识别的串口指令，从而实现远程控制端和 井场加药机之间的无线通讯。串口信号网络协议转换器无线通信模块 串口信号网口信号lI网口信号指令II加药记录远程控制端指令-井场网桥井场加药机图4井口加药装置通信系统示意流程研究设计及应用图5为井口加药装置控制部分硬件设计框图，油田丛式井远程自控加药装置中的RTU控制器以MSP430 低功耗单片机为核心，通过自主研发的基于uCOSII的嵌入式实时操作系统控制多路电磁阀岛上的高压电 磁球阀和高压计量柱塞泵，从而实现油田丛式井组的井口加药的自动化控制和一机多井加药。其远程液位 显示采用的是浮球式的干黄管测量液位信号，当液位过低时，单片机控制柱塞泵停止工作，并将报警信号 通过无线通信系统发送至远程控制终端显示器上，提醒工作人员添加药液。该装置能在远程控制终端实时 显示加药机工作状态、网络状态等。当系统工作时，根据井口加药量的需要预先设置好柱塞泵排量，单片 机可根据远程控制端指令自动控制柱塞泵和高压电磁球阀的工作时长和停止时长，实现给指定井口的加 药。RTU控制器技术特点： (1)模拟量输入AI*3路； (2)全隔离继电器开关量输出DO*IO路； (3)通信接口RS一232RS一485*2路； (4)多通信模式和接口；(5)具有内部嵌入的工作模式，即使外部网络不通的情况下均可脱网正常执行加药；(6)适应一4085C的环境温度及油田环境的工作电压，多重防死机、死循环机制，确保系统的可靠运行。圈日圈圈圜圈日圈臣圜臣回堕口O图5井口加药装置控制部分硬件设计框图23加药工艺流程(油田丛式井组远程自控井口加药装置工艺流程图如图6所示) 现场人员无需上井场，只需在集输站点远程控制终端E通过远程控制软件将设置好的加药参数以指令的形式，通过油l匿的无线网络发送到选定的井场，经井场网桥转发至加药机，加药机通过其无线通信模块 接收到指令，加药机的RTU控制器依据指令要求的加药量和加药时间自动控制相应继电器的吸合，从而使 指定的电磁阀电源接通使之处于开启状态，并使高压计量泵动作，从而实现的加药的远程自动控制。同时， 加药机RTU将采集到的加药记录和药箱液位数据通过无线网络远传至集输站点终端，从而实现井口加药数 据的采集、监测和控制。24主要技术指标(1)加药装置最大管辖井数：8口； (2)加药泵排量：020Lh(可调)； (3)最高工作压力：40 MPa； (4)工作环境温度：一40一十85； (5)控制方式：远程自动、远程手动、本地手动： (6)供电方式及功耗：380V三相电，380W。570中国石油和化工自动化第十一届年会学术论文集口图6油田丛式井组远程自控井口加药装置工艺流程图3现场试验及效果评价31现场试验截止目前，已在长庆油田各采油厂累积安装应用60台套(辖井300多口)，实现了油井的远程自控加药和一机多井加药。在现场试验过程中，针对试验中遇到的问题，对装置进行改进和完善： (1)针对加药时套管气过大回窜造成泵不上量的问题，通过在井口接口处添加单流阀得以解决； (2)远程控制软件功能方面增加了加药机运行状态和网路状态显示、指令列表显示和指令删除、批量手动远程加药等实用功能，容错性更好，操作更加简便快捷； (3)以功图计量数据为依据，对冲击式加药、人工加药和连续点滴加药方式对比分析研究。、弑二：J-。JLik“-_r 1 11r一。图7关133-142井全年功图最大载荷及最小载荷图从图7中我们可以看到，该井第一阶段该井采用的是人工井口加药，每次25升，时间间隔为5天： 第二阶段采用连续点滴式加药，即每2小时加药一次，一天12次，每天加药量为5升，每月所加总药量 与人工井口加药一致；第三阶段采用冲击式加药，加药量与加药周期与人工加药保持一致，即5天一次，571研究设计及应用一次25升。通过对比发现第三阶段油井功图最大载荷较第一阶段下降了88KN，较第二阶段下降了8OKN。 说明冲击式加药的清蜡效果较人工和连续点滴式加药效果要好。原因是采用连续点滴式加药，将大量药剂平均到每天分时段少量添加，由于一次投加药量太少且井筒 较深，投加药品多粘挂于井壁，由于现场多数油井套气放空，药品在到达动液面前部分药剂挥发被套气带 出，真正到达动液面的有效药量较少，从而影响了清蜡效果。人工加药方式虽然在理论上与冲击式加药在 加药量和频次上一致，但在实际中，人工加药由于人为因素和天气路况因素的影响，药品的添加很难做到 定时定量，极大的影响了加药效果，造成清蜡效果不佳。而采用冲击式加药虽然较加药量和频次与人工加 药一致，但能做到定时定量，不受人为因素和天气路况因素的影响，其加药效果较。32应用效果评价(1)在功能性上，该装置的应用实现了井口加药的远程自动化控制，一机多井加药，最大可支持8口井加药，数据采集和远传，加药频度及药量做到精细可控。 (2)该装置的应用使得现场加药作业不再受到天气影响，降低了动用人员和车辆次数，大大减少了蜡卡、蜡堵现象，减轻了工人劳动强度，节省了作业费用。从表1中可以看出，在药箱容最500升的情况下，基本上只需半个月进行一次药品的添加，一定程度上减少了工人和车辆上井加药次数。表l部分试验井组加药计划表井组月加药量井场号并数人工加药计划(L)关132143525L5d 750关132145525LSd 750关134145425L5d 600关134-143525L5d 750关127-158425L5d 600元303-59725LSd 1050(3)保证了油井的正常生产，减少了作业次数，油井示功图最大载荷明显降低，延长了油井的检泵 周期和热洗周期。目前在用60套装置基本工作时间已达一年，运行状态良好，通过与应用加药装置前对 比，其油井热洗次数降低30。(4)自动加药机配套的抽吸加药泵使工人加药无需将沉重的药筒从车上搬下，直接用抽吸加药泵就 可将药添加入加药机药箱中，从而大幅降低了工人加药的劳动强度，提高了油井加药效率。(5)远程控制软件符合现场一线员工使用习惯和需求，易学易用，界面简单明了，操作便捷，嵌入 数字化管理平台，便于数字化管理。(5)保护了油层，避免了因频繁洗井对油层的伤害。4效益评价41社会效益该装置的应用转变了井口加药的管理模式，实现了井口加药的数字化管理，降低了劳动强度，提高了 生产效率。现场人员无需上井，只需在站点就可以实现井口加药的远程控制，自动无人值守定时加药，无 需考虑天气路况对加药的影响，减少了人员和车辆动用次数，尤其在油井高套压的情况下，较原有加药方 式，加药效率提高一倍以上，提高了油井加药效率，提升了油井数字化管理水平，具有良好的社会效益。 42经济效益有效节省人员和车辆费用，延长了油井检泵周期，减少了热洗次数，提高了油井有效时率，减少躺井， 经济效益显著。采用该装置后，人员车辆上井问隔由原来的35天延长至1530天，操作人员由原来的2-3 名降低为1人，以单个井场3天上井一次计算，操作人员3人和车辆上井一次费用约为633元，一年费用 约为772万元，而采用自动加药装置以15天上一次井计算，一年运行费用为131万元，年节省费用641中国石油和化工自动化第十一届年会学术论文集万元，以目前投用自动加药装置60套计算，年节约费用3846万元，极大的节省了车辆和人员费用，若 长期应用，考虑到延长了油井的检泵周期和热洗周期而节省的费用，其经济效益将更加显著。5结论(1)通过采用远程自动控制技术及多路电磁阀岛技术，研制出一种适合于油田丛式井组的数字化远 程井口加药装置，实现了油井井口加药的自动化远程控制、一机多井、数据采集远传。(2)该装置的应用大幅降低工人加药的劳动强度，有效的减少人员和车辆的动用次数，加药频度及 药量做到精细可控，降低井口加药成本，延长了油井的检泵周期和热洗周期，具有良好的社会经济效益。(3)通过以功图计量数据为依据，对冲击式加药、人工加药和连续点滴加药方式对比分析研究，发 现冲击式井口加药更为适合长庆油田油井特