1. 概述
氣舉采油是將地面壓縮機(jī)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(fù)自噴。其生產(chǎn)過(guò)程主要是依靠高壓氣提供的能量來(lái)完成，所以地面壓縮機(jī)組、地面配氣管網(wǎng)及油井配氣決定了高壓氣能量的利用率和舉升效率。

對(duì)于氣舉井注入氣的控制與計(jì)量調(diào)節(jié)，氣舉采油普遍采用的方法是角閥手動(dòng)完成或恒氣量氣嘴控制方式。但卻存在著手動(dòng)調(diào)節(jié)誤差大、注氣計(jì)量不準(zhǔn)確、注氣量控制不穩(wěn)、無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理、容易造成系統(tǒng)波動(dòng)等問(wèn)題，使氣舉井在注氣方式、注氣量?jī)?yōu)化方面存在的潛力得不到發(fā)揮，嚴(yán)重制約了氣舉采油舉升效率的提高。

2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1. 系統(tǒng)分析

平穩(wěn)供氣是對(duì)氣舉壓縮機(jī)組、氣舉井生產(chǎn)管理的基本要求。長(zhǎng)期以來(lái)，面對(duì)突發(fā)、短期停機(jī)現(xiàn)象，只能采用
手動(dòng)關(guān)井，這種方法執(zhí)行速度慢，避免不了氣舉系統(tǒng)壓力的波動(dòng)，不能將系統(tǒng)波動(dòng)對(duì)氣舉井正常生產(chǎn)的影響降到最低。為此，將注氣采油站作如下自控設(shè)計(jì)：



SunyPLC250小型可編程邏輯控制器接收現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)量的工藝參數(shù)，按照既定控制方案和人工設(shè)置進(jìn)行處理，然后將結(jié)果輸送到各氣舉井調(diào)節(jié)閥。同時(shí)，SunyPLC250經(jīng)Modbus RTU通訊將有關(guān)參數(shù)傳送給SunyHMI200人機(jī)界面進(jìn)行顯示，操作人員可以進(jìn)行監(jiān)視和操作。另外，SunyPLC250還通過(guò)GPRS將有關(guān)參數(shù)傳送給油田總部，使處于遠(yuǎn)程的管理人員足不出戶即可對(duì)生產(chǎn)情況了如指掌。

2.2. 系統(tǒng)配置
由于不同站點(diǎn)的氣舉井?dāng)?shù)量不同，因此，現(xiàn)場(chǎng)儀表和SunyPLC250的配置也不盡相同。但就控制產(chǎn)品種類來(lái)講，主要包括以下內(nèi)容：



3. 控制方案

油田油井具有數(shù)量多、分布廣、產(chǎn)量不一的特點(diǎn)，一般按地理分布對(duì)附近的油井進(jìn)行相對(duì)集中的管理和控制。由于不同井群的狀況不一、現(xiàn)場(chǎng)條件不同，所以，在進(jìn)行控制方案的設(shè)計(jì)時(shí)采取了平穩(wěn)供氣、間歇?dú)馀e、優(yōu)化控制或者三者相結(jié)合的方法。

3.1. 平穩(wěn)供氣

在供氣系統(tǒng)處于平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，以配氣站干線壓力為壓力調(diào)控設(shè)定參考值，與設(shè)定的下限值相比較。當(dāng)高于設(shè)定值時(shí)，SunyPLC250按正常的流量調(diào)節(jié)分別對(duì)每口氣舉井進(jìn)行控制。當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí)，SunyPLC250將在流量調(diào)節(jié)的前提下向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出附加信號(hào)。這樣，通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥的開啟度，達(dá)到控制氣舉井注氣量和注氣壓力的目的。

3.2. 間歇?dú)馀e

間歇?dú)馀e一般用于產(chǎn)能較低的油井中，具有明顯節(jié)約注氣量的優(yōu)點(diǎn)。其原理是按照設(shè)計(jì)的注氣周期和注氣時(shí)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(qū)替舉升液柱段塞。下圖所示為間歇?dú)馀e控制框圖。





3.3. 優(yōu)化控制

由于受地面壓縮機(jī)供氣量的限制，當(dāng)氣量不足時(shí)，部分氣舉井被迫停井，嚴(yán)重影響氣舉井的正常生產(chǎn)。為此，設(shè)計(jì)了優(yōu)化控制方案：按照各井的產(chǎn)能將其分別歸類，劃分出不同的優(yōu)先級(jí)。在干線供氣量不足時(shí)，SunyPLC250能夠自動(dòng)按優(yōu)先級(jí)作出反應(yīng)，關(guān)閉低產(chǎn)井，保證高產(chǎn)井的正常生產(chǎn)。

利用SunyPLC250編程軟件SunyPRG提供的符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言可以方便地實(shí)現(xiàn)該功能。下圖為FBD組態(tài)圖。



4. 系統(tǒng)功能

4.1. 顯示功能

 所有參數(shù)經(jīng)轉(zhuǎn)換、調(diào)理，以工程量在SunyHMI200上進(jìn)行顯示和記錄。

工況流量（m3/h）經(jīng)溫壓補(bǔ)償運(yùn)算，得到標(biāo)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(jìn)行積算。

4.2. 調(diào)控功能

 以數(shù)值、棒圖、曲線等形式連續(xù)顯示所有工藝參數(shù)，幫助工人判斷工作狀況、管柱漏失狀況以及生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合產(chǎn)量、流壓資料及時(shí)調(diào)整注氣量。

 根據(jù)不同的井群實(shí)施不同的控制方案，使產(chǎn)能最優(yōu)化。

 密碼保護(hù)功能使不同權(quán)限有不同的管理、操作和監(jiān)視職能。

4.3. 管理功能

 通過(guò)GPRS通訊，可以在總部顯示記錄所有過(guò)程參數(shù)。

 通過(guò)對(duì)干線壓力曲線的追憶，掌握近期氣舉供氣系統(tǒng)的平穩(wěn)程度
情況，從而當(dāng)氣舉系統(tǒng)產(chǎn)量發(fā)生較大變化時(shí)，便于分析、查找問(wèn)題。

 在控制器中可以通過(guò)對(duì)氣舉井的注氣壓力、注氣量生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線的追憶，了解氣舉井的工作狀況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

5. 應(yīng)用效果

氣舉采油配氣自控系統(tǒng)先后在105口氣舉井上獲得應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。運(yùn)行一年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：
 氣舉系統(tǒng)波動(dòng)率下降了49.5%，減少因波動(dòng)而造成的檢閥22井次，減少氣舉井降產(chǎn)702.2t。
 應(yīng)用間歇?dú)馀e11井次，累計(jì)節(jié)氣751,360m3。
 利用優(yōu)化注氣量350井次，累計(jì)節(jié)氣4,244,540m3。
 大大降低了維修勞動(dòng)，全年僅檢閥6井次，重新排液5井次，調(diào)整注氣16井次，注氣管線解堵6井次。
 增產(chǎn)原油1040.8t，減少作業(yè)8井次。

本系統(tǒng)的投用使供氣波動(dòng)對(duì)氣舉系統(tǒng)產(chǎn)量的影響降低到了最小，保證了大部分氣舉井（特別是高產(chǎn)井）的正常生產(chǎn)，解決了長(zhǎng)期困擾氣舉供氣系統(tǒng)波動(dòng)頻繁給油田生產(chǎn)帶來(lái)的難題，投入產(chǎn)出比達(dá)1:3.1，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。該技術(shù)不僅在氣舉采油方面具有深遠(yuǎn)的意義，在油田注水乃至其它領(lǐng)域也具有廣泛的借鑒意義。