首先，在油田開採過程中，由於各油井的井下自然狀況、供液能力、下泵深度、泵效及與各間抽井相互連通的注水井吸水能力的不同，所以導致各間抽井的動液面、沉沒度恢復與下降的情況均有所不同，不同油井在產油量、抽取效率和抽取時間上都有一定的差異性。
並且，在國內各大油田都普遍存在相當一部分低產油井，其中有桿抽油系統出現供液不足的情況，在供排關係上已不具備全天運行的生產能力，因此針對以上多種客觀條件的存在，總結研究出間歇採油的理論和解決辦法，並根據這一理論設計出軟/硬體集成的智慧型控制系統，來實現遠程、實時、高效、動態調節、靈活多變的間歇採油工作制。
間歇採油的智慧型控制系統運用新型油井生產供排關係理論，檢測電流變化情況，經過計算機進行數據分析處理，利用自動控制技術對抽油機採取智慧型間歇式採油控制，使抽油機的運行模式與油層供液狀況及排量情況有機結合，從而有效提高抽油機的工作效能。
基本介紹
- 中文名：間歇採油
- 外文名：Intermittent exploitation of oil
- 套用領域：石油行業
- 技術類型：軟/硬體集成系統
- 發展階段：智慧型化革新階段，廣泛套用於生產
原理與設計,開發原理,最佳化辦法,控制器設計,硬體設計,軟體設計,優勢與效益,主要類型,
原理與設計
開發原理
間歇採油理論主要套用於沉沒度較低的機采油井，通過安裝電機電流感測器，監測油井負荷的動態變化，在空抽時，下衝程開始時遊動凡爾並沒有打開，光桿載荷為桿柱重量及遊動凡爾上部液柱的重量之和，可平衡掉大部分配重，電動機只要用較小能量即可將桿柱送入井底，這時電機電流較小；而當油井中泵的充滿度較高時，下衝程開始不久，遊動凡爾就打開，泵中液面托住遊動凡爾上部的液柱重量，並使抽油桿柱也浸沒在液體中，這時光桿載荷只是桿柱在液體中的浮重，電機只有用較大的能量來舉起曲柄或游梁尾部的平衡塊的重量，才能將桿柱送入井底，因而電流較大。所以可通過電機的平均電流來鑑別是否發生空抽。繼而，通過軟體程式來控制各硬體設備的觸發開關、數據回傳、生成工作報表等。
最佳化辦法
“連續動液面法”
間歇採油的工作制度能最大程度的提高生產能力，確保不出現空抽，在這個動態往復工作循環中，地層的壓力分布不斷變化，井筒液面也發生變化，針對具體操作中所存在的複雜情況，對間歇採油工作制度提出最佳化方案。
最佳化方法的原理如下：間歇採油方式試井需要在井筒中使用能量守恆方程（對流體流動能量方程可使用柏努利方程），在地層採用滲流方程來聯合求解。第一個抽油周期結束後，地層中的壓力分布可從常規的滲流力學方法給出。以第一個過程求解得到的壓力分布為初始條件，以差分的方法求解地面關井後地層的壓力分布，並返回井底處的壓力值。以第二個過程求解的壓力分布為初始條件。以差分的方法求解下一個抽油周期結束後地層的壓力分布，並返回井底處的壓力值。不斷重複以上計算過程，直到所有的抽油及地面關井周期均計算完成，得到井底壓力變化的全部過程，與實測曲線進行擬合。
國內外最直接有效的間歇採油工作制度方案是——“連續動液面法”，即連續監測單井15天得到動液面變化規律，電腦模擬出最直接的抽取方案，該方案能夠確定合理的間抽周期，即利用系統數據分析和回歸功能，創建新“極值法”來精準確定周期，能夠改善工況提高泵效。在實際操作過程中，在計算出合理的上、下限後，每日按高液面自動啟井，低液面保護自動停井，實施間抽後，液面變化範圍比較合理，功圖情況有了明顯的改善，該技術縮短了油井抽取時間，減少能耗，降低了抽油機桿、管、泵及電機各機械部分的磨損，對改善低產井工況、提高泵效有顯著的效果。
此方法廣泛的套用於國內多家大型油田——大慶油田、大港油田、勝利油田、海拉爾油田等，在數千口油井的採油工程實際操作中起到極大的產能推動作用。
控制器設計
油田野外工作環境一般比較惡劣，對軟硬體系統的可靠性、穩定性有很高的要求，選擇可程式控制器較合適。可程式控制器（PLC）具有體積小、編程簡單、功能強、組裝靈活、抗干擾能力強及可靠性高等優點。
間歇採油系統以可程式控制器為主控制器，配以數字採樣模組、點輸入電路和輸出電路、液晶顯示模組等。具備以下功能上的優點：1、對油井生產動態採樣、分析，隨著動態變化調整設備工作制度；2、起機、停機時有聲光報警，由於間歇抽油頻繁啟機，為避免電機硬啟動給設備和電網帶來嚴重損耗和污染，進而採用了星三角轉換的軟啟動；3、遇到停機、停電復來電的情況，自動延時啟動設備；4、根據用電情況設計控制電路，實現帶電源浪涌及欠壓保護報警提示；5、可自動顯示油井動態數據，預算油井日產液量、工作時率、工作時間段等態間自動切換。
硬體設計
間歇採油系統的輸入輸出點數較少，具有相對豐富的指令集、便捷的通訊方式，以及較好的調試和故障診斷功能。顯示終端可實現多種連線方式，內置通信協定省去了通信過程編程，提高了軟體運行的可靠性。系統的主控對象是電機開關，為滿足星角切換和開/停機要求，需要對3隻交流接觸器按照一定組合關係進行控制。再由裝在電路上的電流互感器將連續電流信號傳給模擬量I/O單元，完成電流信號的數字採樣後，再通過此I/O單元PLC接口把採樣數據送至PLC。
間歇採油系統的主要硬體構成有：檢測單元、主控單元、控制中心。檢測單元包括電流變送器、電流互感器等，一次元件是將採集到的信號，轉換成4-20mA電流信號或1-5V電壓信號，採集給主控單元。主控單元由RTU、DTU、開關電源，變壓器，語音報警、警笛報警器等輔助元件組成，其中語音報警可根據設定，以不同時間間隔進行語音報警。
抽油機井監控器的主體裝配在金屬電控箱內，由高頻開關電源、RTU控模組、DTU無線通訊設備、語音報警器、蜂鳴報警器、繼電器執行模組、角位移感測器、電流變送器構成。完全按照工業級要求設計，適應性強。供電電源採用高頻開關電源，隔離性能好穩壓精度高，不受電網波動影響，大大優於線性電源。使採樣和運算更加準確可靠，提高了系統的整體精度。主要技術指標如下：工作溫度-40℃-+85℃；工作電壓AC380V±30%；6路模擬量輸入，3路工作電流輸入、1路角位移輸入、2路預留；8路數字量輸入，1路啟動按鈕輸入、1路停止按鈕輸入、2路選擇開關輸入、1路啟動狀態輸入、3路預留；4路數字量輸出，1路啟動輸出、1路停止輸出、1路語音報警輸出、1路蜂鳴器報警輸出。
軟體設計
基於間歇採油模式的工作要求，其智慧型控制系統的軟體設計現主要採用PLC梯形語言編程。在控制器初始化後，發出抽油機啟動前電鈴報警提示啟動後，控制電機以三角形方式啟動，以滿足抽油機重載啟動的要求；啟動一段時間後有PLC控制切換到星形方式運行。系統將根據電機實時電流信號反饋的功耗情況，控制電機在三角形、星形或過載停機三種狀態間自動切換，即在實時功率小於設定三角形向星形切換功率時，電機在星形方式下工作；在功耗大於設定星形向三角形切換功率時，電機在三角形方式下工作；通過取樣了解正常運行的電流範圍，當設備運行發生各類問題和故障時，電流會發生明顯變化，計算機即發出停機指令，進行停機保護。
在進行DSC軟體功能設定過程中，可選擇自動或手動實時運算元據庫，線上或快取數據，動態獲取、連線資料庫；在軟體的客戶端設計過程中，主要實現：1、油井前端設備全面控制，如：啟動、停止、二次點啟、單井調度、取消調度、數據採集等；2、後台系統管理—用戶基本操作；3、數據管理，如：井位信息、油井運行數據等；4、視圖控制，如：控制鷹眼、工具列、狀態欄等，滿足客戶端自定義功能；5、數據存儲，包括實時數據顯示、數據查詢等；6、數據分析，縱向時段分析等；7、實時電流數據圖表管理，監測啟動、運行電流，直觀顯示分析；8調度管理，如油井通訊設定、調度統計等。
截止2015年初，已獲得國家知識產權局認證專利證書的間歇採油軟體產品有：“間歇採油的抽油機智慧型測控系統”，其中套用動液面技術的有：“基於連續動液面感測器油井螺桿泵直驅遠程伺服控制系統“（並有軟體著作權證書）、”油井動液面連續遠程監測系統“（並有軟體著作權證書）、”基於太陽能微功耗動液面遠程監測控制裝置“；取得國家著作權局認證的軟體著作權登記證書的間歇採油軟體產品有：”間歇採油智慧型控制系統軟體“等。
優勢與效益
- 節能
通過“抽油機的自動間抽控制”、“抽油機的遠程啟動/控制”避免了無效生產，最大限度節約能源，通過對電機和抽油機狀況、油井生產參數的分析，提高油井生產效率；大大縮短了沉沒度較低的油井的抽油時間，避免了空抽的發生，平均節約產能50%-60%；消除液擊現象，使井下和地面設備的維修費用大幅減少節約成本；
- 增產
相對於人工間抽和定時間抽來講，智慧型間抽控制達到了較低的平均液面，而較低的液面意味著較低的井底流壓，這使得較多的液體流入井底，從而增加了產量，通常可增產1%-4%；抽油機井分布點多面廣，故障或參數變化後，人工巡井效率偏低，實現遠程監測後，能夠及時發現非法停機、故障停機，及時搶修確保產量；
- 節約人力、降低強度、延長周期
智慧型系統能夠將抽油機井的衝程、沖次工作電流圖等實時數據傳輸到站、隊的主控室及相關部門，可以實現對機采井的實時監控；與產液量、泵排量、沉沒度等其他數據配合，可以充分了解機采井的運行狀況，為機采井的參數調整提供準確、實時的第一手材料，延長機采井的檢泵周期，解決人工採集參數不及時、精度低的問題，節約人力資源、降低工人勞動強度；
- 實時報警減少損失
通過實時監測參數異常，自動報警提示值班人員控制抽油機啟停等，確保生產安全，減少事故損失。遙感系統可監測通訊不成功、現場主機故障、一次儀表故障等，監測抽油機停機、電機空轉、過流、過載、缺相、皮帶斷、桿斷故障等，報警方式包括：井點陣圖報警、蜂鳴報警、自動列印報告等；
- 自動生成報表
智慧型控制系統可自動生成開關井統計報表、油井運行時間統計表、油井運行參數變化曲線報告、油井運行參數報警匯總表、遙測故障匯總表、工作電流圖報表、報警數據匯總表、日報、月報等；
- 數據共享、監測網路化
利用現有計算機網路實現數據瀏覽、數據共享，通過網路實現生產調度的實時工況監測與實時故障報警，實現自動監督，實現數據安全管理——建立用戶管理制度，不同的數據等級只能由相應許可權的人員才能修改或使用。
主要類型
- 通用型間歇採油遠程智慧型控制系統
系統概述
通用型間歇採油遠程智慧型控制系統用於解決油井運行過程中參數監測及實時傳輸，遠程掌握油井啟停狀態，並能夠根據每口油井出油率、井況等實際因素，實施間歇採油的遠程科學調度命令，合理化調度計畫（間歇、每天、指定時間）。
系統特點
・非制度報警提示功能
・實時監測油井啟停狀態
・系統對各種類型油水井均適用
・系統具有漏電保護、供電自動運行功能
・運行參數、啟停井記錄歷史數據查詢功能
・可實現手/自動切換功能，便於現場臨時檢修
・油井啟動時自動開啟語音和蜂鳴雙項報警提示功能
・通過遠程可靈活設定油井調度命令（間歇、每天、指定時間）
・遠程控制：通過終端（PC）即可遠程啟停井、遠程調度計畫設定（設定間歇、每天、指定時間）
技術參數
・環境溫度：-40℃-70℃
・工作電壓：220V/380V/660VAC
・啟停控制：可實現手/自動轉換
・外形尺寸：520mm×550mm×300mm
・採集參數：電流、啟停狀態、角位移
・數據傳輸：GPRS模組，可進行24小時全天候通訊
- mini型間歇採油遠程智慧型監控設備
概述
mini型間歇採油遠程智慧型監控設備是集RTU採集控制、DTU傳輸、電參量採集為一體的綜合型產品。用於解決油井運行過程中參數監測及實時傳輸，遠程掌握油井啟停狀態，並能夠根據每口油井產油率、井況等實際因素，實施間歇採油的遠程科學調度方案。合理化調度計畫（間歇、每天、指定時間），進而實現油井的高效採油、防止空抽、節約電能的目的。
產品特點
・帶雙重硬體看門狗
・實現遠程啟停井功能
・採用高精度A/D晶片，確保數據完整性
・內帶存儲器晶片16M位，內帶系統時鐘
・遠程設定間歇採油調度計畫（間歇、每天、指定時間）
・遠程控制：通過終端（PC）即可遠程啟停井、遠程調度計畫設定（設定間歇、每天、指定時間）
技術參數
・DI接口：2路
・啟停控制：可實現手、自動轉換
・採集參數：電壓、電流、啟停狀態
・工作電壓：AC220V、380V、660V
・通訊接口：1路RS485、1路RS232
・DO接口：2路，可控制外圍繼電器供電
・電池供電：設備用電源，斷電持續工作1小時
・數據傳輸：GPRS模組，可進行24小時全天候通訊
- 簡易型間歇採油遠程智慧型控制系統
系統概述
簡易型間歇採油遠程智慧型控制系統可實現對油水井的間歇採油控制，實時監測油井的啟停狀態，遠程設定間歇採油制度（間歇、每天、指定時間），自動管理油井啟停製度。同時具有語音、蜂鳴雙重報警功能，有效保證現場人、畜安全。該系統可懸掛放在油水井配電箱外壁，現場操作方便、易於維護，對低產井實施間歇採油和高產井非制度停機報警具有一定意義。
系統特點
・非制度報警提示功能
・實時監測油井啟停狀態
・系統對各種類型油水井均適用
・運行參數、啟停井記錄歷史數據查詢功能
・可實現手/自動切換功能，便於現場臨時檢修
・油井啟動時自動開啟語音和蜂鳴雙重報警提示功能
・通過遠程可靈活設定油井調度方案（間歇、每天、指定時間）
技術參數
・DI接口：2路
・DO接口：4路
・具備RTC自校準功能
・環境溫度：-40℃-70℃
・雙看門狗設計，系統更加穩定
・啟停控制：可實現手、自動轉換
・工作電壓：220V/380V/660VAC
・外形尺寸：270mm×300mm×150mm
・通訊接口：1路RS-485、1路RS-232
- 手操器式間歇採油智慧型控制裝置
概述
手操器式間歇採油智慧型控制裝置可實現對油水井的間歇採油控制，通過現場手操器直接對間歇採油智慧型控制裝置設定間歇採油制度（間歇、每天、指定時間），自動管理油井啟停，同時具有語音、蜂鳴雙重報警功能，有效保證現場人、畜安全。裝置可懸掛放在油水井配電箱外壁，現場操作方便、易於維護。
產品特點
・系統對各種類型油水井均適用
・可實現手/自動切換功能，便於現場臨時檢修
・油井啟動時自動開啟語音和蜂鳴雙從報警提示功能
・通過現場手操器可靈活設定油井調度方案（間歇、每天、指定時間）
技術參數
・DI接口：2路
・DO接口：4路
・攜帶型手抄器設計
・具備RTC自校準功能
・通訊接口：1路RS-485
・環境溫度：-40℃-70℃
・啟停控制：可實現手、自動轉換
・雙看門狗設計，系統更加穩定
・工作電壓：220V/380V/660VAC
・外形尺寸：270mm×300mm×150mm
