1. 概述
氣舉采油是將地面壓縮機提供的高壓天然氣注入井中，從而降低液柱密度，減小井筒回壓，使油井恢復自噴。其生產(chǎn)過程主要是依靠高壓氣提供的能量來完成，所以地面壓縮機組、地面配氣管網(wǎng)及油井配氣決定了高壓氣能量的利用率和舉升效率。
對于氣舉井注入氣的控制與計量調(diào)節(jié)，氣舉采油普遍采用的方法是角閥手動完成或恒氣量氣嘴控制方式。但卻存在著手動調(diào)節(jié)誤差大、注氣計量不準確、注氣量控制不穩(wěn)、無法實現(xiàn)系統(tǒng)管理、容易造成系統(tǒng)波動等問題，使氣舉井在注氣方式、注氣量優(yōu)化方面存在的潛力得不到發(fā)揮，嚴重制約了氣舉采油舉升效率的提高。
2. 系統(tǒng)設(shè)計
2.1. 系統(tǒng)分析
平穩(wěn)供氣是對氣舉壓縮機組、氣舉井生產(chǎn)管理的基本要求。長期以來，面對突發(fā)、短期停機現(xiàn)象，只能采用手動關(guān)井，這種方法執(zhí)行速度慢，避免不了氣舉系統(tǒng)壓力的波動，不能將系統(tǒng)波動對氣舉井正常生產(chǎn)的影響降到最低。為此，將注氣采油站作如下自控設(shè)計：
SunyPLC250小型可編程邏輯控制器接收現(xiàn)場儀表測量的工藝參數(shù)，按照既定控制方案和人工設(shè)置進行處理，然后將結(jié)果輸送到各氣舉井調(diào)節(jié)閥。同時，SunyPLC250經(jīng)Modbus RTU通訊將有關(guān)參數(shù)傳送給SunyHMI200人機界面進行顯示，操作人員可以進行監(jiān)視和操作。另外，SunyPLC250還通過GPRS將有關(guān)參數(shù)傳送給油田總部，使處于遠程的管理人員足不出戶即可對生產(chǎn)情況了如指掌。
2.2. 系統(tǒng)配置
由于不同站點的氣舉井數(shù)量不同，因此，現(xiàn)場儀表和SunyPLC250的配置也不盡相同。但就控制產(chǎn)品種類來講，主要包括以下內(nèi)容：
3. 控制方案油田油井具有數(shù)量多、分布廣、產(chǎn)量不一的特點，一般按地理分布對附近的油井進行相對集中的管理和控制。由于不同井群的狀況不一、現(xiàn)場條件不同，所以，在進行控制方案的設(shè)計時采取了平穩(wěn)供氣、間歇氣舉、優(yōu)化控制或者三者相結(jié)合的方法。
3.1. 平穩(wěn)供氣
在供氣系統(tǒng)處于平穩(wěn)狀態(tài)時，以配氣站干線壓力為壓力調(diào)控設(shè)定參考值，與設(shè)定的下限值相比較。當高于設(shè)定值時，SunyPLC250按正常的流量調(diào)節(jié)分別對每口氣舉井進行控制。當?shù)陀谠O(shè)定值時，SunyPLC250將在流量調(diào)節(jié)的前提下向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出附加信號。這樣，通過控制調(diào)節(jié)閥的開啟度，達到控制氣舉井注氣量和注氣壓力的目的。
3.2. 間歇氣舉
間歇氣舉一般用于產(chǎn)能較低的油井中，具有明顯節(jié)約注氣量的優(yōu)點。其原理是按照設(shè)計的注氣周期和注氣時間，將高壓氣定期注入油井中，氣體注入油管后，以氣柱柱塞的形式驅(qū)替舉升液柱段塞。下圖所示為間歇氣舉控制框圖。
3.3. 優(yōu)化控制
由于受地面壓縮機供氣量的限制，當氣量不足時，部分氣舉井被迫停井，嚴重影響氣舉井的正常生產(chǎn)。為此，設(shè)計了優(yōu)化控制方案：按照各井的產(chǎn)能將其分別歸類，劃分出不同的優(yōu)先級。在干線供氣量不足時，SunyPLC250能夠自動按優(yōu)先級作出反應(yīng)，關(guān)閉低產(chǎn)井，保證高產(chǎn)井的正常生產(chǎn)。
利用SunyPLC250編程軟件SunyPRG提供的符合IEC61131-3標準的編程語言可以方便地實現(xiàn)該功能。下圖為FBD組態(tài)圖。
4. 系統(tǒng)功能4.1. 顯示功能
所有參數(shù)經(jīng)轉(zhuǎn)換、調(diào)理，以工程量在SunyHMI200上進行顯示和記錄。
工況流量（m3/h）經(jīng)溫壓補償運算，得到標況流量（Nm3/h）。
累積功能還可以將各井的氣體流量分別按天、月、年進行積算。
4.2. 調(diào)控功能
以數(shù)值、棒圖、曲線等形式連續(xù)顯示所有工藝參數(shù)，幫助工人判斷工作狀況、管柱漏失狀況以及生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，結(jié)合產(chǎn)量、流壓資料及時調(diào)整注氣量。
根據(jù)不同的井群實施不同的控制方案，使產(chǎn)能最優(yōu)化。
密碼保護功能使不同權(quán)限有不同的管理、操作和監(jiān)視職能。
4.3. 管理功能
通過GPRS通訊，可以在總部顯示記錄所有過程參數(shù)。
通過對干線壓力曲線的追憶，掌握近期氣舉供氣系統(tǒng)的平穩(wěn)程度情況，從而當氣舉系統(tǒng)產(chǎn)量發(fā)生較大變化時，便于分析、查找問題。
在控制器中可以通過對氣舉井的注氣壓力、注氣量生產(chǎn)動態(tài)曲線的追憶，了解氣舉井的工作狀況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。
5. 應(yīng)用效果氣舉采油配氣自控系統(tǒng)先后在105口氣舉井上獲得應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟效益。運行一年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：
氣舉系統(tǒng)波動率下降了49.5%，減少因波動而造成的檢閥22井次，減少氣舉井降產(chǎn)702.2t。
應(yīng)用間歇氣舉11井次，累計節(jié)氣751,360m3。
利用優(yōu)化注氣量350井次，累計節(jié)氣4,244,540m3。
大大降低了維修勞動，全年僅檢閥6井次，重新排液5井次，調(diào)整注氣16井次，注氣管線解堵6井次。
增產(chǎn)原油1040.8t，減少作業(yè)8井次。
本系統(tǒng)的投用使供氣波動對氣舉系統(tǒng)產(chǎn)量的影響降低到了最小，保證了大部分氣舉井（特別是高產(chǎn)井）的正常生產(chǎn)，解決了長期困擾氣舉供氣系統(tǒng)波動頻繁給油田生產(chǎn)帶來的難題，投入產(chǎn)出比達1:3.1，經(jīng)濟效益非?？捎^。該技術(shù)不僅在氣舉采油方面具有深遠的意義，在油田注水乃至其它領(lǐng)域也具有廣泛的借鑒意義。
