SunyPLC250在氣舉采油配氣控制中的應用

1. 概述
氣舉采油是將地面壓縮機提供的高壓天然氣注入井中，從而降低液柱密度，減小井筒回壓，使油井恢復自噴。其生產過程主要是依靠高壓氣提供的能量來完成，所以地面壓縮機組、地面配氣管網及油井配氣決定了高壓氣能量的利用率和舉升效率。
對于氣舉井注入氣的控制與計量調節，氣舉采油普遍采用的方法是角閥手動完成或恒氣量氣嘴控制方式。但卻存在著手動調節誤差大、注氣計量不準確、注氣量控制不穩、無法實現系統管理、容易造成系統波動等問題，使氣舉井在注氣方式、注氣量優化方面存在的潛力得不到發揮，嚴重制約了氣舉采油舉升效率的提高。
2. 系統設計
2.1. 系統分析
平穩供氣是對氣舉壓縮機組、氣舉井生產管理的基本要求。長期以來，面對突發、短期停機現象，只能采用手動關井，這種方法執行速度慢，避免不了氣舉系統壓力的波動，不能將系統波動對氣舉井正常生產的影響降到最低。為此，將注氣采油站作如下自控設計：

SunyPLC250小型可編程邏輯控制器接收現場儀表測量的工藝參數，按照既定控制方案和人工設置進行處理，然后將結果輸送到各氣舉井調節閥。同時，SunyPLC250經Modbus RTU通訊將有關參數傳送給SunyHMI200人機界面進行顯示，操作人員可以進行監視和操作。另外，SunyPLC250還通過GPRS將有關參數傳送給油田總部，使處于遠程的管理人員足不出戶即可對生產情況了如指掌。
2.2. 系統配置
由于不同站點的氣舉井數量不同，因此，現場儀表和SunyPLC250的配置也不盡相同。但就控制產品種類來講，主要包括以下內容：

3. 控制方案
油田油井具有數量多、分布廣、產量不一的特點，一般按地理分布對附近的油井進行相對集中的管理和控制。由于不同井群的狀況不一、現場條件不同，所以，在進行控制方案的設計時采取了平穩供氣、間歇氣舉、優化控制或者三者相結合的方法。
3.1. 平穩供氣
在供氣系統處于平穩狀態時，以配氣站干線壓力為壓力調控設定參考值，與設定的下限值相比較。當高于設定值時，SunyPLC250按正常的流量調節分別對每口氣舉井進行控制。當低于設定值時，SunyPLC250將在流量調節的前提下向執行機構發出附加信號。這樣，通過控制調節閥的開啟度，達到控制氣舉井注氣量和注氣壓力的目的。
3.2. 間歇氣舉
間歇氣舉一般用于產能較低的油井中，具有明顯節約注氣量的優點。其原理是按照設計的注氣周期和注氣時間，將高壓氣定期注入油井中，氣體注入油管后，以氣柱柱塞的形式驅替舉升液柱段塞。下圖所示為間歇氣舉控制框圖。

4. 系統功能
4.1. 顯示功能
 所有參數經轉換、調理，以工程量在SunyHMI200上進行顯示和記錄。
 工況流量（m3/h）經溫壓補償運算，得到標況流量（Nm3/h）。
 累積功能還可以將各井的氣體流量分別按天、月、年進行積算。
4.2. 調控功能
 以數值、棒圖、曲線等形式連續顯示所有工藝參數，幫助工人判斷工作狀況、管柱漏失狀況以及生產中出現的問題，結合產量、流壓資料及時調整注氣量。
 根據不同的井群實施不同的控制方案，使產能最優化。
 密碼保護功能使不同權限有不同的管理、操作和監視職能。
4.3. 管理功能
 通過GPRS通訊，可以在總部顯示記錄所有過程參數。
 通過對干線壓力曲線的追憶，掌握近期氣舉供氣系統的平穩程度情況，從而當氣舉系統產量發生較大變化時，便于分析、查找問題。
 在控制器中可以通過對氣舉井的注氣壓力、注氣量生產動態曲線的追憶，了解氣舉井的工作狀況，發現問題及時處理。
5. 應用效果
氣舉采油配氣自控系統先后在105口氣舉井上獲得應用，取得了明顯的經濟效益。運行一年的統計數據顯示：
 氣舉系統波動率下降了49.5%，減少因波動而造成的檢閥22井次，減少氣舉井降產702.2t。
 應用間歇氣舉11井次，累計節氣751,360m3。
 利用優化注氣量350井次，累計節氣4,244,540m3。
 大大降低了維修勞動，全年僅檢閥6井次，重新排液5井次，調整注氣16井次，注氣管線解堵6井次。
 增產原油1040.8t，減少作業8井次。
本系統的投用使供氣波動對氣舉系統產量的影響降低到了最小，保證了大部分氣舉井（特別是高產井）的正常生產，解決了長期困擾氣舉供氣系統波動頻繁給油田生產帶來的難題，投入產出比達1:3.1，經濟效益非常可觀。該技術不僅在氣舉采油方面具有深遠的意義，在油田注水乃至其它領域也具有廣泛的借鑒意義。