恶劣环境下的智能阀门

一目了然 不稳定的好 智能控制阀 远程控制、监控 快速的投资回报率

日常的油气生产通常来自世界上一些最偏远地区的恶劣条件下的油井。虽然油价上涨成为媒体的头条新闻，但油田的日常工作是保持稳定的产量。增加收入和满足不断增长的市场需求的机会，为确定优化生产技术的技术提供了额外的动力。

正是出于这个原因，位于阿拉斯加的Flowserve流量控制分销商、Alpine阀门与控制系统公司总裁Joe Gross与加州联合石油公司合作。Alpin、Unocal和Flowserve的工程师设计、实施并解决了Unocal的油井生产问题。在阿拉斯加中南部Upper Cook Inlet的Monopod海上平台上，Flowserve的StarPac智能控制阀帮助稳定了油井性能，提高了产量。除了增加收入外，与传统的阀门技术相比，还获得了成本优势。

干扰影响输出

多年的海上油井开采经验表明，“油井是一种敏感的生物，”格罗斯说。“他们会被最轻微的挑衅激怒。”

由于油井状况不佳，格罗斯与优尼科公司Monopod平台的生产工程师Justus Hinks会面。Monopod安装于1967年，是Cook Inlet最早的油气平台之一。这口井出现了一系列问题，包括不稳定、产量受限、气举使用率高。Gross和Hinks必须确定StarPac是否可以控制井的气举流速，从而稳定井，增加流体产量，减少作业所需的天然气量。

超越常规气举

从Monopod的油井中流出的石油不会自然地流到地面，需要平台的帮助。尽管有许多不同的技术可供选择，但Monopod采用的是传统的气举技术。这项技术将高度压缩的天然气推至数千英尺深的井底。气体通过流体柱向上起泡，使液体变得更轻，从而使储层压力能够将更多的流体输送到地面。在地面上，产出流体的组成部分——油、水和天然气——被分离。然后对天然气进行再压缩，在气举循环中重复使用;而且，传统上，举升气体流量没有主动控制。

然而，Gross和Hinks怀疑不稳定的井可以通过使用控制阀来精确调节其气体流量来稳定。欣克斯说:“我意识到这口井运行不正常。Joe通过Flowserve了解到，starpac在其他地方已经成功地应用于积极控制气举流速和提高油井性能。大多数气举应用都使用手动节流阀来控制气举到井中。这意味着大多数作业者只能估计输送到井底的流量。他们没有能力精确地控制它。”

“许多人认为手动阀门控制流量，但事实并非如此，”格罗斯说。事实上，通过将手动阀设置到特定位置，只有当上下游压力差恒定时，才能维持所需的流量。这种情况很少发生。虽然气举集管压力相对恒定，但井内压力变化很大，导致气举流量波动很大。地面产气量的变化会导致井的动态变化，从底部开始，一段时间后上升到地面，”Gross指出。

“由于典型的油藏可能在井口以下1英里以上，因此在之前的油气藏到达地面之前，可能会引发许多后续的、连续的破坏。因此，这口井一直不稳定，导致产量达不到最佳水平。气举的目标是使总产液量最大化;这才是优化收益的方法。实现这一目标的关键是通过尽可能少地改变地面，使井稳定在理想的速率上。首先要确定最佳产气量，然后通过保持精确的自动控制来保持最佳产气量。”

格罗斯和欣克斯认为，StarPac控制阀的嵌入式智能可以解决这个问题。该阀的特点是:

• 各种过程传感器;

• 基于微处理器的控制器;和

• 高性能数字定位器。

由于所有元件都集成在阀门内，因此它实际上是“法兰之间的完整PID控制回路”。

该阀的功能包括:

• 流量测量与控制;

• 背压控制;

• 压力调节;

• 压差控制;和

• 温度控制。

选择一个不稳定的执行者

格罗斯和欣克斯相信，与传统的自动控制回路相比，StarPac可以以更低的安装成本提高产量，于是他们开始测试这个想法。在评估了历史生产数据后，他们从Monopod的16口井中选择了一口进行试验。该井于2001年开钻，一开始就表现不稳定。由于该井最初设计的产量比目前实现的要高，因此需要过量的举升气。

此外，该井正在经历“多相段塞”，这影响了整个平台的过程稳定性。之前唯一确定的修复方法是修改油井内部结构，但其成本高达数百万美元，而且停工时间也很昂贵。

Unocal平台的主要运营商Greg Geller解释说:“这口不稳定的井消耗了太多的天然气，无法举升。该平台每天只能供应2000万标准立方英尺的压缩气体;这不足以使所有油井达到满负荷生产。”

“稳定的油井产量更高，”加州联合石油公司阿拉斯加石油团队负责人Dave Cole指出。“平台上的一口井可能会使所有(其他)井不稳定。”

无风险试用

格罗斯和欣克斯的研究使他们相信，试验阀门不会带来什么财务风险，而且有可能提供快速的投资回报。Gross说:“当我向优尼科公司介绍StarPac解决方案时，我说控制地面的气体流动可以改善油井的整体性能，增加收入。“我预计不到一个月就能收回成本。”

在一项无风险试验中，优尼科被承诺有五大好处:

• 油井将会稳定下来;

• 流体总产量增加10%;

• 该井所需的举升气将减少10%;

• 阀门系统将是一个非常有用的分析工具;和

• 对于井操作人员来说，控制将更加容易。

安装StarPac的成本在平台的预算范围内。在优尼科管理层同意后，Gross和Hinks开始收集油井的基准性能指标。在维修和维护检查之后，安装了阀门。

最初，StarPac在手动模式下操作，以模仿旧的手动节流阀的性能。一旦确定该阀的性能与节流阀相似，就可以改变流量，并设置该阀以自动维持这些流量。同样，收集性能数据并根据基线数据进行分析，以确定是否实现了效益。

在目标

Hinks说，与基线数据相比，绩效数据显示大多数目标都达到了。“五个目标中，有四个已经实现。”虽然由于现有的井设计，举升气的使用基本保持不变，但现在的井更加稳定，产油量也更多。StarPac还为作业者提供了远程状态和控制工具，为生产工程师提供了分析工具。

“因为我们有实时数据，任何井的问题都更加明显，”Geller说。“它使我们能够发现和控制潜在的故障，否则我们不会这么快发现，”允许分析井的状态、性能、产量和作业效率。Geller解释说，根据阀门数据，对井进行了机械调整，以进一步提高其性能。

“我们买了一个阀门，得到了一个流量控制解决方案，因为它集成了额外的功能，”欣克斯说，他喜欢控制和分析功能。

快速的投资回报率，生产力

安装的投资回报是一到两个月。根据科尔的说法，包括安装人工在内的总成本不到4万美元。Hinks认为，对该井的改造将使该井的盈利能力提高12%。该井的原油日产量为340桶，目前为382桶。

其他好处包括远程诊断和控制能力。

“我们的自动化工程师制作了几个屏幕，让我可以远程访问系统，”欣克斯说。“现在，有了安克雷奇办公室的电脑，我就能知道油井的情况了。”这为优尼科公司节省了大约1500美元，其中包括希克斯的机票、租车和直升机费用。

格罗斯表示，他们正在评估在该平台和其他平台的其他井中使用该阀门。

Gross表示:“随着油价创历史新高，每口井的产量可能增加15%，StarPac应用的实际收益可以在几周内计算出来。”

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