劉成龍,黃少偉,李 敏,田巧燕,石 磊
(1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第九采油廠,寧夏銀川 750006;2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司數(shù)字化與信息中心,陜西西安 710018)
第九采油廠數(shù)字化改造站點(diǎn)131 座,覆蓋率99.2%;數(shù)字化上線油水井3 840 口,覆蓋率98%;各類視頻1 727 套,架設(shè)光纜2 339 km,整體數(shù)字化建設(shè)成熟度較高。
在生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一采集推進(jìn)的同時(shí)也暴露出了多鏈路采集下,網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量、井場(chǎng)RTU 性能、通信協(xié)議等多方因素制約了數(shù)據(jù)采集質(zhì)量問題。
在2022 年5 月27 日召開的工業(yè)數(shù)據(jù)集采工作推進(jìn)會(huì)議上要求:為保障工業(yè)數(shù)據(jù)集中采集工作于2022年12 月底前全面實(shí)施完成,對(duì)現(xiàn)存問題急需開展采集數(shù)據(jù)質(zhì)量提升專項(xiàng)治理工作。
通過調(diào)整功圖數(shù)據(jù)源從原來的SCADA 系統(tǒng)采集轉(zhuǎn)至集采平臺(tái)采集,解決油井功圖數(shù)據(jù)傳輸鏈路長(zhǎng)的問題,保證了向功圖3.0 系統(tǒng)推送持續(xù)可靠的數(shù)據(jù),推進(jìn)數(shù)據(jù)工作。技術(shù)人員依靠經(jīng)驗(yàn)分析,工作量大,系統(tǒng)工況診斷準(zhǔn)確率低、功圖計(jì)產(chǎn)準(zhǔn)確率為41%,系統(tǒng)功能單一,不能滿足油田開發(fā)、智能化工作需要。
組建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完善、前端設(shè)備提升、通信及數(shù)據(jù)鏈路評(píng)估、集采軟件應(yīng)用、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完善小組。五谷城作業(yè)區(qū)開井910 口,建設(shè)功圖902 口,數(shù)字化抽油機(jī)887臺(tái),常規(guī)抽油機(jī)13 臺(tái),僅4 座井場(chǎng)使用無線網(wǎng)橋傳輸,其余井場(chǎng)全部光纜。井場(chǎng)RTU 由凱山、安控、星際、長(zhǎng)森及騰控組成,井口RTU 由凱山、安控、安特、長(zhǎng)森、騰控、中恒組成。
提升集采數(shù)據(jù)質(zhì)量,輔助提高功圖計(jì)產(chǎn)準(zhǔn)確率,助力功圖3.0 系統(tǒng)的推廣應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)以用促管,以管促建(見圖1)。
圖1 問題分析圖
通過現(xiàn)場(chǎng)查看、技術(shù)交流、數(shù)據(jù)驗(yàn)證等方法,針對(duì)空白功圖、重復(fù)功圖、錯(cuò)誤功圖等問題,確認(rèn)了影響集采數(shù)據(jù)質(zhì)量的主要因素,明確了分工,劃分責(zé)任范圍,落實(shí)責(zé)任人員(見圖2)。
圖2 錯(cuò)誤功圖問題排查
重點(diǎn)核查功圖采集張數(shù)不足144 張的油井井場(chǎng)至公司云計(jì)算中心的網(wǎng)絡(luò)通信鏈路情況,定位傳輸瓶頸節(jié)點(diǎn),提出有效的作業(yè)區(qū)組網(wǎng)優(yōu)化方案。
采油九廠整體網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)較好,做到了光纖到井場(chǎng)。經(jīng)核查新496 井場(chǎng)總帶寬平均為82.1 Mbps,按照每個(gè)井口RTU 生成的功圖數(shù)據(jù)約1.6 K/10 min,電參等數(shù)據(jù)400 Bytes/min,井口RTU 最大數(shù)據(jù)傳輸要求帶寬為2 Kbps,按照每個(gè)井場(chǎng)RTU 下聯(lián)井口RTU 最大按照16 個(gè)計(jì)算,同時(shí)1 080 P 分辨率攝像頭占用帶寬約4 Mbps,一個(gè)井場(chǎng)按照3 路攝像頭計(jì)算,總帶寬占用不超過15 Mbps,因此82.1 Mbps 的帶寬完全滿足集采數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。
重點(diǎn)篩查與功圖3.0 系統(tǒng)功圖采集數(shù)據(jù)差異較大油井,查找問題根源,優(yōu)化集采程序或配置參數(shù):(1)核查油井處于開井狀態(tài),集采平臺(tái)采集為空功圖時(shí)井場(chǎng)RTU 及井口RTU 中功圖數(shù)據(jù);(2)集采平臺(tái)采集重復(fù)功圖(不為0)油井,井場(chǎng)RTU 和井口RTU 功圖實(shí)際情況;(3)集采平臺(tái)沒有采集到的油井,核查現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況;(4)配合數(shù)據(jù)鏈技術(shù)規(guī)范修訂測(cè)試組,完成協(xié)議優(yōu)化后的油井?dāng)?shù)據(jù)采集工作?,F(xiàn)場(chǎng)核查發(fā)現(xiàn)造成空白功圖、重復(fù)功圖的主要原因是:井場(chǎng)主RTU 無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)(10 min)獲取有效的功圖數(shù)據(jù),不同廠家處理機(jī)制各不相同(安控上傳空白功圖、騰控上傳重復(fù)功圖、摩莎7101 上傳重復(fù)功圖)。
主要影響因素分為:(1)前端采集設(shè)備故障;(2)井場(chǎng)通訊質(zhì)量不佳。
問題解決對(duì)策:(1)使用高增益天線(距離超過50 m);(2)調(diào)整天線位置,避免遮擋;(3)調(diào)整井場(chǎng)主RTU 與井口RTU 對(duì)應(yīng)數(shù)量(12 口調(diào)整為6 口)(見表1)。
表1 空白功圖優(yōu)化對(duì)比
(1)錯(cuò)誤功圖井核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)工況;(2)核實(shí)開井狀態(tài)功圖為0 油井的井場(chǎng)主RTU 和井口RTU 功圖實(shí)際情況;(3)篩查功圖采集張數(shù)、采集數(shù)據(jù)不達(dá)標(biāo)油井,配合集采軟件功能核查組完成現(xiàn)場(chǎng)情況核查;(4)全面核查五谷城作業(yè)區(qū)功圖3.0 系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入質(zhì)量,現(xiàn)場(chǎng)完成整改。
平臺(tái)顯示錯(cuò)誤功圖(錯(cuò)亂功圖)21 口,現(xiàn)場(chǎng)工況正常;平臺(tái)顯示開井狀態(tài)為0 時(shí),井口RTU 正常采集、井場(chǎng)主RTU 功圖數(shù)據(jù)正常上傳;暫無功圖采集張數(shù)、采集數(shù)據(jù)不達(dá)標(biāo)油井;影響功圖計(jì)產(chǎn)主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為泵徑、沖程,其中泵徑數(shù)據(jù)不符井70 口(已整改完畢),現(xiàn)場(chǎng)沖程數(shù)據(jù)與A2 數(shù)據(jù)對(duì)比誤差超過10 cm 油井493 口(正在整改)。
優(yōu)化SCADA 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模式,SCADA 系統(tǒng)將不再采集功圖系統(tǒng)所需數(shù)據(jù),單井?dāng)?shù)據(jù)采集調(diào)整為最多2 條鏈路。配合集采項(xiàng)目組完成凱山設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中采集工作。
(1)SCADA 系統(tǒng)功圖數(shù)據(jù)庫(kù)暫停運(yùn)行,SCADA 系統(tǒng)功圖采集數(shù)據(jù)鏈已切斷,SCADA 系統(tǒng)不再采集功圖系統(tǒng)所需數(shù)據(jù);
(2)單井?dāng)?shù)據(jù)(啟停狀態(tài))采集鏈路已調(diào)整為2 條(一用一備);
(3)凱山RTU 不支持多鏈路采集,目前通過SCADA驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),暫無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中采集,需要針對(duì)凱山設(shè)備增加采集驅(qū)動(dòng)機(jī)制(或逐步更換)。
優(yōu)化井場(chǎng)RTU 程序及通信協(xié)議,增加功圖存儲(chǔ)時(shí)間的采集,選取通信質(zhì)量不佳的井場(chǎng)(由第九采油廠負(fù)責(zé)落實(shí)測(cè)試地點(diǎn)),更新程序,測(cè)試程序可行性、穩(wěn)定性及安全性。
2.8.1 完成新版井場(chǎng)RTU 程序升級(jí) 解決了因井場(chǎng)通信阻塞導(dǎo)致錯(cuò)誤功圖的問題;優(yōu)化完善功圖儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn),已為每張功圖新增id 標(biāo)注;通過在新495 井場(chǎng)的測(cè)試,目前新程序運(yùn)行穩(wěn)定,RTU 數(shù)據(jù)采集、傳輸正常。在測(cè)試井場(chǎng)RTU 程序時(shí)發(fā)現(xiàn)功圖3.0 系統(tǒng)出現(xiàn)大量“-3”數(shù)據(jù)。
問題產(chǎn)生原因:井場(chǎng)主RTU 程序未更新,老版本RTU 程序無法解決井場(chǎng)通信阻塞導(dǎo)致功圖錯(cuò)包問題,造成功圖展示為錯(cuò)誤功圖,將井場(chǎng)主RTU 程序升級(jí)至最新版本(V2.72),基本解決錯(cuò)誤功圖現(xiàn)象(見表2)。
表2 RTU 升級(jí)前后對(duì)比
2.8.2 增加功圖id 標(biāo)注 優(yōu)化完善功圖儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn),為每張功圖新增id 標(biāo)注,從RTU 設(shè)備中讀取功圖及時(shí)間標(biāo)簽。
2.8.3 優(yōu)化驅(qū)動(dòng)程序讀取機(jī)制 驅(qū)動(dòng)詢問與RTU 應(yīng)答數(shù)據(jù)到服務(wù)器時(shí)間較長(zhǎng),驅(qū)動(dòng)讀取超時(shí)。時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)未讀取到?jīng)_程、沖次等數(shù)據(jù),但功圖數(shù)據(jù)正常,將其他數(shù)據(jù)填充為“-3”作為標(biāo)識(shí)。
問題解決對(duì)策:驅(qū)動(dòng)服務(wù)優(yōu)化,調(diào)整通訊超時(shí)時(shí)間,未采集到?jīng)_程、沖次數(shù)據(jù)時(shí),增加重讀功能,讀取機(jī)制優(yōu)化后,數(shù)據(jù)為“-3”問題得到有效解決。
篩查集采平臺(tái)功圖油井狀態(tài)采集不到、采集狀態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)不符的油井,現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)井場(chǎng)RTU 和井口RTU油井狀態(tài)配置參數(shù),現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)整改。
停井狀態(tài)下,某些RTU 上傳重復(fù)功圖,功圖3.0 系統(tǒng)判定時(shí)有功圖(默認(rèn)起井),但啟停狀態(tài)為停機(jī),造成啟停判定不符的現(xiàn)象;目前集采為多鏈路采集,功圖數(shù)據(jù)包與啟停狀態(tài)數(shù)據(jù)分鏈路傳輸,當(dāng)啟停狀態(tài)鏈路發(fā)生問題時(shí),功圖鏈路可以讀取到功圖,但是啟停狀態(tài)鏈路獲取不到啟停狀態(tài),造成功圖3.0 系統(tǒng)判定有功圖,但啟停判定不符的現(xiàn)象。
抽油機(jī)啟停狀態(tài)判斷機(jī)制:(1)問題表現(xiàn)形式:無法準(zhǔn)確判斷抽油機(jī)啟停狀態(tài);(2)問題產(chǎn)生原因:目前抽油機(jī)啟停判斷機(jī)制不統(tǒng)一,通過交流接觸器狀態(tài)以及電參判斷的方式不夠準(zhǔn)確;(3)問題解決對(duì)策:優(yōu)化判斷機(jī)制,統(tǒng)一以角位移數(shù)據(jù)為主,電參數(shù)據(jù)、交流接觸器吸合狀態(tài)為輔(井口程序正在編寫中)。
智能油井系統(tǒng)主要應(yīng)用四聯(lián)功圖診斷技術(shù)提升判識(shí)精度(見圖3)。一次診斷主要是與標(biāo)準(zhǔn)功圖對(duì)比,從二次診斷開始,特征對(duì)比成為重要判識(shí)依據(jù),分油藏工況的關(guān)鍵參數(shù)是提升準(zhǔn)確率的重點(diǎn)。
圖3 工況四聯(lián)診斷法
按照采油九廠油藏特征及井筒工藝配套,結(jié)合采油九廠不同油藏進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)研分析,對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行重要程度及相關(guān)性分析,確定12 項(xiàng)工況診斷閾值,并針對(duì)不同油藏進(jìn)行主控因素相關(guān)性分析后調(diào)整主控因素排序。
結(jié)合樣本數(shù)據(jù)對(duì)不同油藏主要影響因素閾值進(jìn)行整理和驗(yàn)證,并將不同油藏故障主控因素閾值進(jìn)行調(diào)整匹配,形成分油藏工況診斷關(guān)鍵參數(shù)判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)(見表3)。
表3 工況診斷判斷標(biāo)準(zhǔn)
上線運(yùn)行以來持續(xù)收集九廠的特殊功圖(故障功圖樣本),對(duì)樣本進(jìn)行離線訓(xùn)練后,優(yōu)化更新CNN 模塊(卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法),提高CNN 診斷結(jié)果準(zhǔn)確率。
可對(duì)比井中,上修原因判識(shí)準(zhǔn)確率較高的是卡泵(判識(shí)準(zhǔn)確率75%)、油桿斷(判識(shí)準(zhǔn)確率58.59%)、油管漏失(判識(shí)準(zhǔn)確率43.48%);判識(shí)準(zhǔn)確率較低的分別是氣鎖(判識(shí)準(zhǔn)確率0%)、游動(dòng)凡爾失靈(判識(shí)準(zhǔn)確率4.17%)。
由于卡泵、油桿斷、油管漏失功圖載荷變化明顯,故判斷準(zhǔn)確率較高。
卡泵:載荷無平穩(wěn)加載、卸載段;油桿斷:載荷差明顯變小,最大載荷變化明顯,且功圖位于標(biāo)準(zhǔn)最小載荷下方;油管漏失:載荷差變小,最小載荷變大,最大載荷變小。
結(jié)合12 月以來作業(yè)區(qū)井下修井動(dòng)態(tài)日?qǐng)?bào),對(duì)194井次修井?dāng)?shù)據(jù)與系統(tǒng)診斷結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,除去淺部斷脫油井和抽油泵柱塞卡死在泵筒工況系統(tǒng)未采集到故障功圖,一級(jí)工況報(bào)警診出率99%。
全廠有1 500 口井是間開井,占比44%。功圖2.0系統(tǒng)中單井開井時(shí)間為固定值24 h,無法實(shí)現(xiàn)間開計(jì)量產(chǎn)量功能。采用TD 庫(kù)讀取啟停狀態(tài)(RTU 綜合判斷法),并結(jié)合功圖回傳情況,確定啟停井時(shí)間,由此計(jì)算間開井實(shí)際產(chǎn)液量,能夠有效提升計(jì)產(chǎn)精度。計(jì)產(chǎn)時(shí)進(jìn)行產(chǎn)量加權(quán);側(cè)重生產(chǎn)時(shí)率t 的計(jì)算(見圖4)。
圖4 間開計(jì)量功能
通過分析對(duì)比真實(shí)產(chǎn)量(長(zhǎng)期核實(shí)的單量數(shù)據(jù)),功圖計(jì)產(chǎn)準(zhǔn)確率初步達(dá)到67%,較2.0 系統(tǒng)的47%,提升20%。影響準(zhǔn)確率的主要因素是油井功圖充滿程度較差(占10.2%),系統(tǒng)計(jì)產(chǎn)與單量結(jié)果相比偏??;其次有效沖程偏大導(dǎo)致計(jì)產(chǎn)偏大。
4.1.1 無效數(shù)據(jù)得到有效清理 工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)在“沖程沖次因通訊問題采集不到”時(shí),“-3”數(shù)據(jù)不再進(jìn)行保存,各項(xiàng)數(shù)據(jù)重新采集(6 月14 日13 點(diǎn)以后時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)修改采集機(jī)制后,目前數(shù)據(jù)庫(kù)無字段為“-3”功圖采集數(shù)據(jù))(見表4)。
表4 旗62-108 井組(騰控井場(chǎng)主RTU 升級(jí))前后采集數(shù)據(jù)
4.1.2 基本解決錯(cuò)誤功圖問題 錯(cuò)誤功圖出現(xiàn)頻次降低至萬分之1.2;對(duì)五谷城作業(yè)區(qū)25 113 條數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤功圖問題排查,僅發(fā)現(xiàn)3 條錯(cuò)誤功圖,較之前每日30 條錯(cuò)誤功圖數(shù)據(jù)相比,同比降低90%。
4.1.3 基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)(旗62-108 井組)目標(biāo)井場(chǎng)重復(fù)功圖、空白功圖、錯(cuò)誤功圖大幅減少??瞻坠D從228 張減少至4 張(降低89.3%)、重復(fù)功圖從48 張減少至0、錯(cuò)誤功圖從353 張減少至2 張(降低99.5%)。
通過為期3 d 的現(xiàn)場(chǎng)抓包驗(yàn)證,抓包總時(shí)長(zhǎng)共計(jì)15 h,通過抓包數(shù)據(jù)比對(duì)分析,前端采集、云端存儲(chǔ)、平臺(tái)展示三方數(shù)據(jù)一致。
五谷城作業(yè)區(qū)采集數(shù)據(jù)利用率由92.04%提升至99.45%(見表5)。
表5 采集數(shù)據(jù)利用率
已在本廠5 個(gè)作業(yè)區(qū)部署應(yīng)用,接入油井2 994口。共建立用戶185 個(gè),全廠累計(jì)登錄用戶次數(shù)28 000余次,日登錄用戶110 余次。自2021 年11 月5 日至今跟蹤系統(tǒng)一級(jí)預(yù)警油井3 904 口,實(shí)際上修877 口,故障診出率≥99%,判斷準(zhǔn)確率22.5%;877 口上修井中425 口故障診斷準(zhǔn)確,準(zhǔn)確率48.5%。
指標(biāo)報(bào)表分類計(jì)算分析和分級(jí)展示,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率、泵效、能耗等關(guān)鍵工藝指標(biāo)在線計(jì)算,實(shí)時(shí)掌握油井生產(chǎn)運(yùn)行情況,為油田開發(fā)人員提供大數(shù)據(jù)支持[1-2]。
(1)設(shè)計(jì)開發(fā)指標(biāo)計(jì)算分析、報(bào)表統(tǒng)計(jì)匯總2 個(gè)功能菜單,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率、泵效、能耗、動(dòng)液面、含水率等關(guān)鍵工藝指標(biāo)和覆蓋率、上線率、分析成功率等數(shù)字化指標(biāo)分析計(jì)算。
(2)按照地質(zhì)、工藝、數(shù)字化各管理部門要求,設(shè)計(jì)開發(fā)工藝指標(biāo)管理、數(shù)字化指標(biāo)管理、數(shù)字化管理月報(bào)、自定義報(bào)表、單井卡片等五大功能菜單,實(shí)現(xiàn)泵效、時(shí)率、上線率等關(guān)鍵指標(biāo)個(gè)性化管理。
根據(jù)實(shí)時(shí)診斷結(jié)果,對(duì)一級(jí)工況預(yù)警及時(shí)推送至技術(shù)管理人員即時(shí)通,不受時(shí)間和空間限制,及時(shí)掌握油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。目前已對(duì)全廠五個(gè)作業(yè)區(qū)技術(shù)組主任、井筒管理崗等40 余人進(jìn)行消息推送。
(1)針對(duì)1%的復(fù)雜功圖的漏報(bào):建立疑似一級(jí)預(yù)警區(qū),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)憋壓進(jìn)行判斷。
(2)針對(duì)游漏、固漏的誤報(bào):CNN 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)所有采油九廠的樣本,及時(shí)學(xué)習(xí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)。
(3)不出液功圖的精細(xì)判斷:對(duì)供液不足井“刀把”處的拐點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)的識(shí)別,減少功圖診斷誤報(bào)和功圖計(jì)產(chǎn)偏大的問題。
(4)新增功能:系統(tǒng)讀取的生產(chǎn)時(shí)間與計(jì)劃生產(chǎn)制度的對(duì)比、提醒,及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)管理存在的問題。
(5)針對(duì)不同油藏、不同泵掛閾值規(guī)范:開展科研攻關(guān),閾值的確定、功能完善、算法優(yōu)化,同時(shí)建議在本廠擴(kuò)大密集間開的配套,消減供液不足油井的不出液工作狀態(tài)。
(6)工況診斷:深度應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),開發(fā)診斷閾值自適應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)功圖自確認(rèn)、診斷結(jié)果復(fù)合化、報(bào)警策略分級(jí)化、故障報(bào)告自生成等5 個(gè)功能,實(shí)現(xiàn)工況診斷“三升兩降”:提升診斷算法普適性、診斷準(zhǔn)確率、診斷透明度;降低工況診斷誤報(bào)率。