自动化控制系统在新疆阜康煤层气排采中的应用
摘 要：在新疆阜康白杨河矿区煤层气排采过程中，自动化控制系统体现了在现场应用的优势，能整合现场数据，根据煤层气井生产的不同阶段实现对井底流压的不同形式控制。结合无线网桥和现场的自动化控制柜与视频摄像头实现对煤层气井排采的远程全面掌握并实现井场的无人值守。论文详细阐述该控制系统在此项目中的系统配置、控制关键点等。
关键词：煤层气井；自动化排采；井底流压；套压；无线网桥
中图分类号：TE37 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）11-0190-02
煤层气排采即利用机械举升设备将井筒内的水举升到地面，逐步降低井底流压。随着井底流压降低，逐渐形成压降漏斗并逐步向外扩展，进而逐步降低煤层的储层压力，迫使吸附在煤基质孔隙内表面的煤层气被解吸，然后通过基质孔隙的非达西渗流和扩散到天然裂隙，煤层气再从裂隙中渗流到井筒，从而被采出。
1 项目简介
新疆阜康白杨河矿区煤层气开发利用先导性示范工程主要工作任务是在该区前期煤炭、煤层气工作的基础上，按照整体部署、分期实施、滚动开发的原则，在该区施工50口生产井、1组U型井，并进行包括集气管网、集气处理站以及相配套的土建工程、输气管网、动力系统和数据自动采集系统等工程建设，实现小规模化生产和利用，最终建成年产能3000万立方米的新疆第一个煤层气开发利用示范基地。
2 项目需求
新疆阜康白杨河矿区煤层气开发利用先导性示范工程中，按照项目需求需要建立全套的煤层气自动化排采控制系统，以求通过自动控制装置对煤层气排采实施精细化智能管控，实现煤层气排采的连续、稳定、长期，获得稳定高产并实现井场的无人值守并减少人工巡井的次数。具体功能包括：
2.1 排采智能管控
2.1.1 煤层气井管控模式
可设置手动就地模式和远程控制等管控模式。
2.1.2 排采制度
煤层气自动化排采系统须在连续、缓慢、稳定。长期的原则下实现以下两个重要目标：
井底流压控制目标：煤层气井可以按照设定的井底流压目标自动调节冲次和产气阀门开度进行过程管理，在设定的时间内自动实现目标井底流压。
套压控制目标：煤层气井可以按照设定的目标套压自动调节阀门，在设定时间内自动实现目标套压。
2.1.3 报警及设备控制记录
具备井底流压、套压、气量、产水量、液面位置等煤层气基本井排采参数的报警设置及提示功能；漏气、卡泵、过流、抽油机停机等故障能做到自动报警；自动保存所有用户的登录信息及各种操作记录，可查询。
2.2 排采数据管理
2.2.1 采集数据
井底流压、套压、产气量、产水量、液位、电机运行参数、管线生产参数、电参数、辅助系统参数等。
2.2.2 实时数据显示及历史数据查阅
井场控制面板能看见实时数据；中控室能做到井场实时数据显示。数据查阅类型能做到支持各种时间段，包括：秒数据、分钟数据、小时数据、天数据、月数据等。数据显示方式能包括曲线及图表类型例如：排采参数曲线，及数据成表，并可按照要求格式导出数据。
2.3 智能安防
主要包括高清井场状况视频实时监控、声音吓阻及远程喊话、夜间井场灯光照明远程控制。
3 排采自动控制系统具体实施方案
3.1 总体方案
排采自动控制系统由三部分组成：（1）井场排采控制系统，包括井场控制柜、井场仪表、地面通信系统；（2）服务器端应用平台，包括服务器软件、硬件、网络环境配置、数据库设计等；（3）排采中控应用平台，包括基于PC的排采中控软件、移动端软件。
为实现煤层气排水、采气，需要有各类排水泵和排采管控设备组成的排采系统。影响排采效果的主要因素包括：非连续性的排采因素、井底流压控制因素、排采强度因素等。煤层气排采自动化控制系统应做到可实习连续平稳、逐级降低井底流压，控制排采强度，达到最佳的排采效果。
为了达到最佳排采效果井场需使用大量自动化排采管控终端设备主要包括：煤层气排采自动控制柜、永久式井下压力计、变频器、电子套压表、电磁流量计、气体流量自动调节阀、功图测试仪、无线网桥、红外高清摄像头、灯光、音响等。
3.2 单井自动化控制解决方案
对于煤层气井单井自动化排采，首先要做到的是将井场的各个仪器仪表读数统一接入到井场的煤层气排采自动控制系统RTU中即煤层气排采自动控制柜中。
本项目采用的MPC-100-Z型煤层气排采自动控制系统控制柜与现场测试仪器仪表采用RS485总线连接，可实现数据实时采集、双向传输控制。工作时采集井场系统气体瞬时流量、累积流量、系统压力、瞬时排水量、累计排水量、井口套压、电磁阀开度、井底流压、井下温度、抽油机示功图、冲次、抽油机电参数等参数，數据打包通过无线设备网络发送到终端用户即中心控制室，同时可以接受终端用户发送的指令来控制井场所有仪器。
中心控制室技术人员通过电脑上安装的煤层气排采智能控制软件接受并查看由无线网桥传输系统传输回来的井场相关数据，从而根据排采实际情况及生产需求做出相关调整。
3.3 通信系统解决方案
为了保证煤层气生产现场的各类采集数据及时上传和各种控制指令的准确下达，监控视频和语音通信的顺畅传输，拥有一套稳定可靠、灵活方便的通信支撑系统显得尤为重要，此次白杨河煤层气无线网络数据传输主要采用无线网桥技术作为手段，无线网桥采用的是5.8GHZ频段进行传输，具有传输距离远，带宽搞等优点，能满足白杨河矿区煤层气排采自动控制系统的采集数据，控制命令及监控视频的实施传输要求。
3.4 中控室布局方案