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文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2023）11-076-03中圖分類號：TP29

★韓宏志，張雅楠，陳冰，劉淼，郭新冬（中國石油昆侖數智科技有限責任公司北京102206）

關鍵詞：物聯網；原油產量；在線檢測；現場應用；降本增效

生產計量是油氣田生產的基礎性工作，直接影響著油田勘探開發及生產運行，對油氣生產管理具有重要的意義。油氣生產計量的數字化升級，可簡化地面工藝、優化生產管理模式、提高油田決策及時性和準確性，是企業管理提升的重要需求^[1-3]。此外，隨著互聯網、大數據、人工智能能力的大幅提升和深度融合，非分離多相流計量技術正在向智能化、低成本方向發展，油氣生產計量技術已經由氣液分離+人工化驗的傳統方法向非分離自動計量方向過渡，無人值守的人工智能檢測系統將逐漸成為主流^[4-6]。

隨著中國石油數字化建設的加速，多數油田已經實現油氣生產過程的實時監控、精準調控，但我們也要看到，傳統的油氣生產計量依然缺乏可靠的數字化計量手段。油氣多相計量作為計量技術的發展趨勢，是集團公司油氣田地面建設的核心攻關技術之一。該技術的研發及應用將成為集團公司油氣生產物聯網的重要補充，能夠進一步升級、完善油氣生產環節的數字化程度，助力企業數字化轉型。

1　實時在線三相流量計

為實現單井、區塊的油、氣、水產量數據的實時自動采集，優化油氣田企業地面工藝流程，項目組針對三相流量計量產品開展了聯合研發工作。經過三年的不懈攻關，項目組取得了技術突破，形成了一套智能化、小型化、非輻射、低成本的第一代三相流量計產品，填補了國內低成本、不分離三相流在線計量的技術空白。

實時在線三相流量計基于文丘里效應及虛高理論，使用特殊的文丘里結構配合高可靠性的差壓傳感器，可實現寬流量范圍、多種井況下的高精度氣液兩相流量計量。該測量模塊能夠秒級的輸出結果，對微小的井況波動和流型變化都能夠及時做出反饋；它基于高低雙通道高頻微波技術，可以獲取液相中的含水率^[7-8]。

2　油井生產數據采集系統

基于第一代實時在線三相流量計的研發思路，項目組開發集成了RTU功能的實時在線三相流量計（V2.0），同時配備相應的倒井控制柜。控制柜與流量計采用Modbus/TCP協議進行通信，組成了油氣生產數據采集系統，如圖1所示。該系統可實現采集計量站內的管匯壓力、溫度、產量數據和控制站內的計量啟停、倒井順序，以及數據反饋超限后的報警功能。將倒井控制與產量數據查詢的功能集成在系統中的倒井控制柜上，地面投資成本將進一步降低。

該系統是在項目組充分理解油氣生產數字化實際需求的基礎上被設計出來的高度集成化產品，其硬件設計基于工業級高性能ARM硬件平臺，軟件設計搭載實時操作系統，具備豐富的數據通信協議支持，可支持MOBUS RTU、A11 GRM等工業通信協議。該系統提供二次編程接口，可支持IEC61131編程功能和有線設備的自定義數據采集，以及完整的數據映射。該系統內置實時數據庫，具有歷史數據存儲功能，可支持代碼在線升級、遠程升級、參數遠程配置和數據本地顯示。

圖1 油井生產數據采集系統示意圖

3　現場應用

3.1　應用背景

新疆油田Y采油廠的管轄區塊主要分布在準噶爾盆地西北緣，南北長約25km，東西寬8.25km。

因生產的自然環境限制，Y采油廠建設初期即采用包含計量站的三站層級管理和人工巡檢相結合的生產管理模式，在自動計量方面大量采用計量站單井量油作為獲取單井生產數據的主要依據。

隨著油田管理模式和生產工藝模式的升級，利用計量站獲取單井生產數據已經無法滿足油田精細化管理和持續降本增效的要求，這就對單井油、氣、水產量的數據獲取方式的優選提出了更高的挑戰。

3.2　油田工藝現狀

新疆油田傳統的原油計量工藝為“雙容積式倒井計量”，其依托于現場計量站內安裝的多通閥將計量站周圍的多口采油井以管道形式連接至雙容積計量容器，并通過多通閥控制柜控制多通閥選井。使用容器上安裝的液位計、氣體流量計和含水儀對來液的油、氣、水的單次計量產量進行測量，再將測量結果傳輸至計量控制器進行日產量計算。這種傳統的計量控制系統環節多，操作繁瑣，操作和維護工作量大。

3.3　工藝改造方案

針對上述技術痛點，項目組利用現有計量站倒井計量流程，用基于三相流量計的油氣生產數據采集系統替代傳統的計量系統，在滿足流量計測算液量、氣量的同時，實現自動倒井邏輯，并通過倒井控制柜控制倒井，將生產數據實時上傳至監控中心。現場整體計量流程得到了簡化，設備運維的難度進一步降低；同時實現計量井的自動識別、自動倒井和數據的自動化采集上傳，大幅減少了含水取樣化驗次數，真正實現了計量間無人值守，檢測相關操作費用也將大幅度下降。

3.4　設備升級改造

Y采油廠某作業區的J計量站閥室配備倒井多通閥，控制11口井的閥位切換；計量間裝有雙容積式壓力容器以及液位計等各類計量儀表，負責產量測量；儀控間配套控制倒井柜，計量控制柜負責控制多通閥啟停和日產量計算。

項目組首先對J計量站進行工藝改造，利用三相流量計計量平臺替換傳統的雙容積式計量儀器，并拆除儀控間的倒井控制柜和計量控制柜，換裝一體化倒井控制柜。

圖2 升級后計量系統結構示意圖

與改造前的傳統計量系統相比，基于實時在線數據采集系統將現場儀控間內的多通閥控制箱和計量控制箱集成為一體化控制箱，簡化了控制流程，提高了系統集成的程度，降低了設備采購的成本。將計量間內的雙容積式計量容器，以及匹配于容器的液位計、電動閥、溫度變送器、壓力變送器、氣體流量計、含水分析儀等設備替換為三相流量計計量平臺，極大程度地提高了計量儀器的統一性，降低了設備維護的難度以及維護成本。

圖3 系統優化后流程對比

與傳統的先分離后計量方式相比，基于實時在線三相流量計的油氣生產數據采集系統能夠提供產氣、產液變化趨勢，相關指標全部基于24小時真實計量數據獲得。三相流量計具有實時在線輸出秒級氣、液及液相含水率三相計量數據的優勢，可以讓油氣田用戶發現非常規生產事件以及直觀地觀察到油氣井生產特征。

3.5　應用效果

基于三相流量計的油氣生產數據采集系統上線后，實現了單井來液的油氣水三相實時計量、控制倒井以及歷史產量查詢的功能，并能將計量數據以A11_GRM協議規定的地址傳輸至Y采油廠的數據中心。

系統已平穩運行近18個月，成功實現了現場11口油井按排序自動計量、實時采集現場計量結果、自動入庫保存以及網絡共享。通過實時數據頁面可以查看油相、氣相、液相的實時流量數據，同時也可查看實時溫度壓力數據，實現了歷史產量數據查詢以及日產量數據、實時計量參數以秒級的傳輸頻率回傳至數據中心，如圖4所示。

圖4 實時數據監測示意圖

以油田作業區為計算樣本，每年對產量計量儀器的維護需花費100萬元以上。基于實時在線三相流量計的油氣生產數據采集系統上線后，每年可節約各類設備維護費用30萬元，減少儀器維護更換費用20萬元，綜合經濟效益近50萬元/年，相關成本下降近50%。

4　總結

（1）基于三相流量計的油氣生產數據采集系統在油田得到了較好應用。與傳統的先分離后計量方式相比，三相流量計能夠模擬預測油、氣、水產量變化趨勢，相關指標全部基于24小時真實計量數據獲得。

（2）新系統通過遠程可視化監控，實現無人值守；此外，本地生產參數實時監控顯示，異常報警；倒井計量制度支持定制，實現智能倒井控制和遠程啟停管理，極大地提高了現場計量的自動化程度。

（3）利用一體化倒井控制柜替換傳統的倒井控制柜和計量控制柜，實現了現場計量流程的簡化，提高了設備運維的便利性，降低了設備投資成本，桶油操作費用進一步降低，為油田公司創造了較好的經濟效益。

作者簡介：

韓宏志（1982-），男，黑龍江人，工程師，學士，現就職于中國石油昆侖數智科技有限責任公司，主要從事石油行業數字化轉型咨詢及項目管理工作。

參考文獻：

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[8] 陳冰, 閔利昆, 張雅楠, 等. 基于實時在線三相流量計的倒井一體化裝置[J]. 儀器儀表戶, 2020, 27(12) : 5 - 7.

摘自《自動化博覽》2023年11月刊