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智能人工舉升系統改善數字化油田作業

智能人工舉升系統改善數字化油田作業

智能人工舉升系統可以讓生產商更好地了解作業情況,從而幫助企業更好地管理其資本支出。

來自 | World Oil
編譯 | 劉軒瑋

近三年油價持續走低,油氣生產商對從現有資產與油井中獲利倍感壓力,因此,他們只好盡可能地提高作業效率、降低生產成本,而智能系統在優化生產中的作用不容小覷。

數字化油田創新帶來了新技術和新性能,使生產商有了新途徑從當前資產中獲利。低成本傳感器、智能資產和信息工具的結合,使得油氣生產商能夠收集更多的數據,更好地管控其人工舉升系統。

更好的作業可視性

大型跨國油氣生產商經常使用井下傳感器系統來監測地層壓力及溫度情況。不過,井下傳感器系統前期投入成本高、養護期長,許多中小型生產商對此無力承擔。

對許多中小型油氣生產商來說,井下傳感器系統不適用,但用VFM(virtual flowmeters)了解地下情況卻是一個經濟的選擇。VFMs可計算井口處水、油、氣的三相流動,這為改善性能提供了良好的分析數據。除井口處外,VFMs還可以計算控制系統層面的數據。

VFMs雖需要一些前期校準工作,但成本只是井下傳感器的一小部分,另外數據的準確性也跟井下傳感器系統差不多。Rockwell Automation曾為一家大型石油生產商進行了一項實驗測試,測試結果表明,與實際的試井數據相比,VFMs的數據準確度超過90%。

可伸縮性是VFMs的另一大誘人優勢。VFMs的可伸縮性說明流量計可跨多種舉升方式進行部署,從高產多井井場到低產井均可應用。

優化生產

雖然VFMs優勢多多,但只有作業者把得到的數據加以善用,這些優勢才能算是真有價值。油氣生產商在收集了VFM數據后,須能夠分析數據,并依據數據采取相應的措施,進而改善作業情況。

智能人工舉升系統改善數字化油田作業

通過內部管理數據,作業者可以更好地進行數據收集與分析。

有些油氣生產商選擇讓承包商或外部服務提供商承包數據收集與分析任務。也有許多生產商更傾向于使用商業智能和分析軟件(圖1)自行管理數據。

商業智能軟件不僅整合了VFMs的數據,還整合了油田上所有其他的輸入數據。而分析軟件則可將剛剛收集到的原始數據轉化為生產信息。

通過應用這些軟件工具,油氣生產商可以利用這些數據來優化作業情況。例如,VFM數據可以:

(1)了解地下情況,進而決定是減小井底壓力還是保持井底壓力恒定。

(2)與試井數據做對比,這有助于驗證試井數據,確認計劃與產能分配。而且,通過改進每口井的測試安排并確認其優先級,生產商可提高測試分離器的利用率。

(3)識別效能欠佳的油井,一旦識別出此類油井,作業者就可以迅速采取必要的糾正措施,避免發生生產中斷或延期,最終與生產目標保持一致。

(4)收集來自不同供應商的系統組件信息,這些數據可用于更好地預測零部件(如桿)可能何時斷裂。此外,數據還可以為改善設備、后期維護提供后勤保障,使企業在提前解決停機問題方面更具主動性。

降低作業成本

智能人工舉升系統可用多種方式降低生產成本。例如,在油氣生產中,能源消耗問題往往被人忽視,要知道能源消耗可是一筆巨大的作業費用。

早先的人工舉升主要依靠電力運行,但智能系統可以收集、分析能源使用數據,進而幫助企業監控其能耗。人工舉升也可以配備能夠再生電力并將能量回饋到電網的驅動器,或者可以通過使用太陽能來減少電力的消耗。

變速控制也可以節約成本。傳統的舉升系統無法控制速度,其結果便是公司要么將系統一直運行直至停工,要么關閉系統,但關閉系統會讓沙礫落入井底設備并使之堵塞。無論選擇哪種方式,最終都會以油氣生產商不愿再支付高額的維修費或是忍受意外的生產停機而告終。然而,現代人工舉升系統可以利用變速控制來避免堵塞,使生產效率最大化。

最后,智能人工舉升系統可以讓生產商更好地了解作業情況,從而幫助企業更好地管理其資本支出。例如,打算對油井進行維修的公司,可以使用井數據來確定油藏潛在的未來產量是否值得用替代方法來提高采收率。

技術在行動

在加拿大西部巨大的石油儲量中,已經有智能人工舉升系統的成功應用案例。 ARC Resources公司總部位于Calgary(Alberta),其資產遍布阿爾伯塔,對ARC Resources而言,人工舉升不是一個新概念。該公司的小型井場(多達4口井)已經應用了控制系統,該系統支持利用人工舉升系統在油井枯竭時優化開采。

控制系統雖已在公司5口(或更多)油井的井場上得到應用,但該系統并不不支持人工舉升。較大井場上應用的控制方式由多個控制器組成,這些控制器由硬接線連接,與遠程終端設備(RTU)一同使用,以處理運行整個井場所需的大量I/O。

這使得控制基礎結構變得更加復雜、更容易出錯,也限制了可用于控制、監視的信息量。同樣,這對安全問題來說也是一個挑戰。ARC Resources使用自己的控制結構來監控有毒和易爆氣體,并根據實際情況采取措施,如堵塞油井或打開排氣扇。不過,硬連線控制器可能會在不提示錯誤的情況下鎖定并凍結其輸出。因此,公司還須添加“看門狗”計時器硬件來監視上述情況。

ARC Resources選擇了Rockwell Automation的Connected Production油井管理解決方案來優化其大型井場。該解決方案包括Allen-Bradley ControlLogix可編程自動化控制器(PAC)和FactoryTalk View HMI,后者無需定制編碼。PAC為井場提供了單一平臺控制,借助多達32個人工舉升井及情景化生產信息,可以協助作業商進行故障診斷并使油井保持最佳的生產水平,如下圖。

智能人工舉升系統改善數字化油田作業

可編程自動化控制器擁有情景化生產信息,可以協助作業者進行故障診斷并保持最佳的生產水平。

在British Columbia試運行

Connected Production解決方案在British Columbia一個有八口井的開采場開始實施試點項目,如下圖。

智能人工舉升系統改善數字化油田作業

ARC Resources是Montney地區最大的作業者之一,該公司最近決定開始優化其用于大型多井天然氣開采場的控制系統。

ARC Resources在安裝過程中發現了一個早期收獲,即解決方案的附加指令,該指令幫助團隊節省了大約兩天的編程時間。另外,因為該解決方案使用開放式結構,所以在開采場很容易就能與其他廠商的硬件進行整合。

八口井開采場在應用該系統后,無需再安裝復合控制器與RTU。相反,所有井場控制都已經整合到了一個單一的控制平臺中,如圖4。這不僅簡化了控制結構,還有助于減少開采場的軟硬件成本。

智能人工舉升系統改善數字化油田作業

ConnectedProduction油井管理解決方案使ARC Resources多達32個的人工舉升井實現了單一平臺控制,還提供了情景化生產信息來協助作業者保持最佳的生產水平并進行故障診斷。

該系統因為支持在控制面板內安裝流量測量插件,所以還節省了額外成本。這使得開采場無需再使用單獨的流量測量計算機,從而可節省數萬美元。該解決方案還允許開采場應用人工舉升系統(包括開/關定時器及柱塞舉升系統),同時也使系統的可視性成為可能。

ARC Resources的編程專家Charlie Kettner表示:“作業者可對ConnectedProduction解決方案中的事件進行追蹤,了解自己處于優化周期的哪個階段,(他們)也就能對下一步工作做出更好的決策。打個比方來說,作業者在看到定時井不再有產出后,可進行下一個步驟——將柱塞下放到井內?!?/span>

該系統還可協助ARC Resources通過降低未發現故障的風險來提高開采場的安全性。比如說,要是處理器出現故障或是I/O齒條脫落,控制平臺就會出現故障使之進入安全狀態,并停止所有流程。

若試點項目取得成功,ARC Resources打算將ConnectedProduction系統擴展到至少四個需要輔助舉升的大型多井井場。

以后,監測人工舉升系統井下狀況及設備性能的成本不再似之前那般高昂。數字化油田正使更多的油氣生產商得以受益,因為這些智能的、彼此連接的人工舉升系統可以用于監測井口裝置、優化生產、減少設備問題、降低生產成本。

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