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智能人工举升系统改善数字化油田作业

智能人工举升系统改善数字化油田作业

智能人工举升系统可以让生产商更好地了解作业情况,从而帮助企业更好地管理其资本支出。

来自 | World Oil
编译 | 刘轩玮

近三年油价持续走低,油气生产商对从现有资产与油井中获利倍感压力,因此,他们只好尽可能地提高作业效率、降低生产成本,而智能系统在优化生产中的作用不容小觑。

数字化油田创新带来了新技术和新性能,使生产商有了新途径从当前资产中获利。低成本传感器、智能资产和信息工具的结合,使得油气生产商能够收集更多的数据,更好地管控其人工举升系统。

更好的作业可视性

大型跨国油气生产商经常使用井下传感器系统来监测地层压力及温度情况。不过,井下传感器系统前期投入成本高、养护期长,许多中小型生产商对此无力承担。

对许多中小型油气生产商来说,井下传感器系统不适用,但用VFM(virtual flowmeters)了解地下情况却是一个经济的选择。VFMs可计算井口处水、油、气的三相流动,这为改善性能提供了良好的分析数据。除井口处外,VFMs还可以计算控制系统层面的数据。

VFMs虽需要一些前期校准工作,但成本只是井下传感器的一小部分,另外数据的准确性也跟井下传感器系统差不多。Rockwell Automation曾为一家大型石油生产商进行了一项实验测试,测试结果表明,与实际的试井数据相比,VFMs的数据准确度超过90%。

可伸缩性是VFMs的另一大诱人优势。VFMs的可伸缩性说明流量计可跨多种举升方式进行部署,从高产多井井场到低产井均可应用。

优化生产

虽然VFMs优势多多,但只有作业者把得到的数据加以善用,这些优势才能算是真有价值。油气生产商在收集了VFM数据后,须能够分析数据,并依据数据采取相应的措施,进而改善作业情况。

智能人工举升系统改善数字化油田作业

通过内部管理数据,作业者可以更好地进行数据收集与分析。

有些油气生产商选择让承包商或外部服务提供商承包数据收集与分析任务。也有许多生产商更倾向于使用商业智能和分析软件(图1)自行管理数据。

商业智能软件不仅整合了VFMs的数据,还整合了油田上所有其他的输入数据。而分析软件则可将刚刚收集到的原始数据转化为生产信息。

通过应用这些软件工具,油气生产商可以利用这些数据来优化作业情况。例如,VFM数据可以:

(1)了解地下情况,进而决定是减小井底压力还是保持井底压力恒定。

(2)与试井数据做对比,这有助于验证试井数据,确认计划与产能分配。而且,通过改进每口井的测试安排并确认其优先级,生产商可提高测试分离器的利用率。

(3)识别效能欠佳的油井,一旦识别出此类油井,作业者就可以迅速采取必要的纠正措施,避免发生生产中断或延期,最终与生产目标保持一致。

(4)收集来自不同供应商的系统组件信息,这些数据可用于更好地预测零部件(如杆)可能何时断裂。此外,数据还可以为改善设备、后期维护提供后勤保障,使企业在提前解决停机问题方面更具主动性。

降低作业成本

智能人工举升系统可用多种方式降低生产成本。例如,在油气生产中,能源消耗问题往往被人忽视,要知道能源消耗可是一笔巨大的作业费用。

早先的人工举升主要依靠电力运行,但智能系统可以收集、分析能源使用数据,进而帮助企业监控其能耗。人工举升也可以配备能够再生电力并将能量回馈到电网的驱动器,或者可以通过使用太阳能来减少电力的消耗。

变速控制也可以节约成本。传统的举升系统无法控制速度,其结果便是公司要么将系统一直运行直至停工,要么关闭系统,但关闭系统会让沙砾落入井底设备并使之堵塞。无论选择哪种方式,最终都会以油气生产商不愿再支付高额的维修费或是忍受意外的生产停机而告终。然而,现代人工举升系统可以利用变速控制来避免堵塞,使生产效率最大化。

最后,智能人工举升系统可以让生产商更好地了解作业情况,从而帮助企业更好地管理其资本支出。例如,打算对油井进行维修的公司,可以使用井数据来确定油藏潜在的未来产量是否值得用替代方法来提高采收率。

技术在行动

在加拿大西部巨大的石油储量中,已经有智能人工举升系统的成功应用案例。 ARC Resources公司总部位于Calgary(Alberta),其资产遍布阿尔伯塔,对ARC Resources而言,人工举升不是一个新概念。该公司的小型井场(多达4口井)已经应用了控制系统,该系统支持利用人工举升系统在油井枯竭时优化开采。

控制系统虽已在公司5口(或更多)油井的井场上得到应用,但该系统并不不支持人工举升。较大井场上应用的控制方式由多个控制器组成,这些控制器由硬接线连接,与远程终端设备(RTU)一同使用,以处理运行整个井场所需的大量I/O。

这使得控制基础结构变得更加复杂、更容易出错,也限制了可用于控制、监视的信息量。同样,这对安全问题来说也是一个挑战。ARC Resources使用自己的控制结构来监控有毒和易爆气体,并根据实际情况采取措施,如堵塞油井或打开排气扇。不过,硬连线控制器可能会在不提示错误的情况下锁定并冻结其输出。因此,公司还须添加“看门狗”计时器硬件来监视上述情况。

ARC Resources选择了Rockwell Automation的Connected Production油井管理解决方案来优化其大型井场。该解决方案包括Allen-Bradley ControlLogix可编程自动化控制器(PAC)和FactoryTalk View HMI,后者无需定制编码。PAC为井场提供了单一平台控制,借助多达32个人工举升井及情景化生产信息,可以协助作业商进行故障诊断并使油井保持最佳的生产水平,如下图。

智能人工举升系统改善数字化油田作业

可编程自动化控制器拥有情景化生产信息,可以协助作业者进行故障诊断并保持最佳的生产水平。

在British Columbia试运行

Connected Production解决方案在British Columbia一个有八口井的开采场开始实施试点项目,如下图。

智能人工举升系统改善数字化油田作业

ARC Resources是Montney地区最大的作业者之一,该公司最近决定开始优化其用于大型多井天然气开采场的控制系统。

ARC Resources在安装过程中发现了一个早期收获,即解决方案的附加指令,该指令帮助团队节省了大约两天的编程时间。另外,因为该解决方案使用开放式结构,所以在开采场很容易就能与其他厂商的硬件进行整合。

八口井开采场在应用该系统后,无需再安装复合控制器与RTU。相反,所有井场控制都已经整合到了一个单一的控制平台中,如图4。这不仅简化了控制结构,还有助于减少开采场的软硬件成本。

智能人工举升系统改善数字化油田作业

ConnectedProduction油井管理解决方案使ARC Resources多达32个的人工举升井实现了单一平台控制,还提供了情景化生产信息来协助作业者保持最佳的生产水平并进行故障诊断。

该系统因为支持在控制面板内安装流量测量插件,所以还节省了额外成本。这使得开采场无需再使用单独的流量测量计算机,从而可节省数万美元。该解决方案还允许开采场应用人工举升系统(包括开/关定时器及柱塞举升系统),同时也使系统的可视性成为可能。

ARC Resources的编程专家Charlie Kettner表示:“作业者可对ConnectedProduction解决方案中的事件进行追踪,了解自己处于优化周期的哪个阶段,(他们)也就能对下一步工作做出更好的决策。打个比方来说,作业者在看到定时井不再有产出后,可进行下一个步骤——将柱塞下放到井内。”

该系统还可协助ARC Resources通过降低未发现故障的风险来提高开采场的安全性。比如说,要是处理器出现故障或是I/O齿条脱落,控制平台就会出现故障使之进入安全状态,并停止所有流程。

若试点项目取得成功,ARC Resources打算将ConnectedProduction系统扩展到至少四个需要辅助举升的大型多井井场。

以后,监测人工举升系统井下状况及设备性能的成本不再似之前那般高昂。数字化油田正使更多的油气生产商得以受益,因为这些智能的、彼此连接的人工举升系统可以用于监测井口装置、优化生产、减少设备问题、降低生产成本。

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