浙大中自SunyPLC250在气举采油配气控制中的应用

1. 概述 气举采油是将地面压缩机提供的高压天然气注入井中，从而降低液柱密度，减小井筒回压，使油井恢复自喷。其生产过程主要是依靠高压气提供的能量来完成，所以地面压缩机组、地面配气管网及油井配气决定了高压气能量的利用率和举升效率。 对于气举井注入气的控制与计量调节，气举采油普遍采用的方法是角阀手动完成或恒气量气嘴控制方式。但却存在着手动调节误差大、注气计量不准确、注气量控制不稳、无法实现系统管理、容易造成系统波动等问题，使气举井在注气方式、注气量优化方面存在的潜力得不到发挥，严重制约了气举采油举升效率的提高。 2. 系统设计 2.1. 系统分析 平稳供气是对气举压缩机组、气举井生产管理的基本要求。长期以来，面对突发、短期停机现象，只能采用手动关井，这种方法执行速度慢，避免不了气举系统压力的波动，不能将系统波动对气举井正常生产的影响降到最低。为此，将注气采油站作如下自控设计：

SunyPLC250小型可编程逻辑控制器接收现场仪表测量的工艺参数，按照既定控制方案和人工设置进行处理，然后将结果输送到各气举井调节阀。同时，SunyPLC250经Modbus RTU通讯将有关参数传送给SunyHMI200人机界面进行显示，操作人员可以进行监视和操作。另外，SunyPLC250还通过GPRS将有关参数传送给油田总部，使处于远程的管理人员足不出户即可对生产情况了如指掌。 2.2. 系统配置 由于不同站点的气举井数量不同，因此，现场仪表和SunyPLC250的配置也不尽相同。但就控制产品种类来讲，主要包括以下内容：

3. 控制方案 油田油井具有数量多、分布广、产量不一的特点，一般按地理分布对附近的油井进行相对集中的管理和控制。由于不同井群的状况不一、现场条件不同，所以，在进行控制方案的设计时采取了平稳供气、间歇气举、优化控制或者三者相结合的方法。 3.1. 平稳供气 在供气系统处于平稳状态时，以配气站干线压力为压力调控设定参考值，与设定的下限值相比较。当高于设定值时，SunyPLC250按正常的流量调节分别对每口气举井进行控制。当低于设定值时，SunyPLC250将在流量调节的前提下向执行机构发出附加信号。这样，通过控制调节阀的开启度，达到控制气举井注气量和注气压力的目的。 3.2. 间歇气举 间歇气举一般用于产能较低的油井中，具有明显节约注气量的优点。其原理是按照设计的注气周期和注气时间，将高压气定期注入油井中，气体注入油管后，以气柱柱塞的形式驱替举升液柱段塞。下图所示为间歇气举控制框图。

3.3. 优化控制 由于受地面压缩机供气量的限制，当气量不足时，部分气举井被迫停井，严重影响气举井的正常生产。为此，设计了优化控制方案：按照各井的产能将其分别归类，划分出不同的优先级。在干线供气量不足时，SunyPLC250能够自动按优先级作出反应，关闭低产井，保证高产井的正常生产。 利用SunyPLC250编程软件SunyPRG提供的符合IEC61131-3标准的编程语言可以方便地实现该功能。下图为FBD组态图。

4. 系统功能 4.1. 显示功能 所有参数经转换、调理，以工程量在SunyHMI200上进行显示和记录。 工况流量（m3/h）经温压补偿运算，得到标况流量（Nm3/h）。 累积功能还可以将各井的气体流量分别按天、月、年进行积算。 4.2. 调控功能 以数值、棒图、曲线等形式连续显示所有工艺参数，帮助工人判断工作状况、管柱漏失状况以及生产中出现的问题，结合产量、流压资料及时调整注气量。 根据不同的井群实施不同的控制方案，使产能最优化。 密码保护功能使不同权限有不同的管理、操作和监视职能。 4.3. 管理功能 通过GPRS通讯，可以在总部显示记录所有过程参数。 通过对干线压力曲线的追忆，掌握近期气举供气系统的平稳程度情况，从而当气举系统产量发生较大变化时，便于分析、查找问题。 在控制器中可以通过对气举井的注气压力、注气量生产动态曲线的追忆，了解气举井的工作状况，发现问题及时处理。 5. 应用效果 气举采油配气自控系统先后在105口气举井上获得应用，取得了明显的经济效益。运行一年的统计数据显示： 气举系统波动率下降了49.5%，减少因波动而造成的检阀22井次，减少气举井降产702.2t。 应用间歇气举11井次，累计节气751,360m3。 利用优化注气量350井次，累计节气4,244,540m3。 大大降低了维修劳动，全年仅检阀6井次，重新排液5井次，调整注气16井次，注气管线解堵6井次。 增产原油1040.8t，减少作业8井次。 本系统的投用使供气波动对气举系统产量的影响降低到了最小，保证了大部分气举井（特别是高产井）的正常生产，解决了长期困扰气举供气系统波动频繁给油田生产带来的难题，投入产出比达1:3.1，经济效益非常可观。该技术不仅在气举采油方面具有深远的意义，在油田注水乃至其它领域也具有广泛的借鉴意义。