一種注水井自動(dòng)配注系統(tǒng)

王清偉

摘 要：隨著油田的開發(fā)，油井產(chǎn)量隨地層能量的降低而逐漸減少。為了確保油田高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，常采用一些措施補(bǔ)充地層能量，其中，注水是重要的解決措施之一。因此，設(shè)計(jì)了一種注水井自動(dòng)配注系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保注水量的準(zhǔn)確性。此外，該系統(tǒng)能采集井口的壓力和流量數(shù)據(jù)并形成報(bào)表，以方便后期的注水效果分析。

關(guān)鍵詞：油田；注水井；自動(dòng)配注系統(tǒng)；地層能量

中圖分類號(hào)：TE341 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.105

油田注水操作要根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、單井產(chǎn)量和地層參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)劃和調(diào)度。注水井的注入流量要不斷根據(jù)調(diào)度要求調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)人工調(diào)節(jié)流量的方式不僅耗時(shí)費(fèi)力，且易造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或出現(xiàn)人為差錯(cuò)，尤其是在部分油田無人看管的注水井中常發(fā)生這些問題。因注水壓力波動(dòng)，注水流量會(huì)隨之產(chǎn)生很大的波動(dòng)，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重失控的現(xiàn)象，造成注水效果低下，嚴(yán)重影響了采收率。

本文設(shè)計(jì)了一種注水井自動(dòng)配注系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保注水量的準(zhǔn)確性。

1 系統(tǒng)的功能和組成

本文設(shè)計(jì)的注水井自動(dòng)配注系統(tǒng)主要由顯控臺(tái)、智能流量測(cè)控儀和壓力變送器等部分組成，如圖1所示。每口注水井的管路中安裝有1臺(tái)智能流量測(cè)控儀和1臺(tái)壓力變送器，顯控臺(tái)安裝在計(jì)量站值班室內(nèi)。顯控臺(tái)與智能流量測(cè)控儀、壓力變送器之間通過RS485總線相連。顯控臺(tái)可同時(shí)顯示16口注水井的流量和壓力數(shù)據(jù)，當(dāng)流量和壓力值超出預(yù)定范圍時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并通過下發(fā)指令和設(shè)定流量值調(diào)節(jié)智能流量測(cè)控儀的閥門開度，以控制注水井的配注量。

圖1 系統(tǒng)組成

1.1 智能流量測(cè)控儀

智能流量測(cè)控儀主要由流量變換器、壓力傳感器、流量閥、智能執(zhí)行器和智能儀表頭等部分組成。其流量調(diào)控部分如圖2所示。

圖2 智能流量測(cè)控儀的流量測(cè)量和控制部分

流量測(cè)量采用電磁渦街原理，注入注水井的水會(huì)先進(jìn)入流量變換器內(nèi)，經(jīng)測(cè)量后再通過流量閥。流量變換器是電磁渦街式流量計(jì)的一次表部分，它將水通過特定流道的體積流量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)整形和放大處理由信號(hào)線直接送入儀表頭；儀表頭電路

上的單片機(jī)能運(yùn)算、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，并由液晶顯示屏顯示各種測(cè)量數(shù)值，比如瞬時(shí)流量、總累積流量和日累積流量等；流量閥連接在流量變換器的下游，流量閥主要由一對(duì)動(dòng)、靜閥片組成，動(dòng)、靜閥片的相對(duì)角決定著流道的大小，進(jìn)而決定著流量的大小。

智能執(zhí)行器的主軸帶動(dòng)閥桿、動(dòng)閥片一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過調(diào)整動(dòng)靜閥片之間的相對(duì)角可調(diào)節(jié)流量，當(dāng)用戶在智能執(zhí)行器的流量設(shè)置按鍵“+”“-”或通過RS485通訊命令設(shè)定了某一個(gè)流量值q（m3/h）后，儀表頭的電路會(huì)周期性地將所測(cè)量到的瞬時(shí)流量值與該設(shè)定流量值比較。如果當(dāng)前瞬時(shí)流量大于設(shè)定值并超規(guī)定范圍，則儀表頭會(huì)發(fā)出指令，啟動(dòng)智能執(zhí)行器上的電機(jī)并使流量閥關(guān)小；如果當(dāng)前瞬時(shí)流量小于設(shè)定值并超出規(guī)定范圍，則儀表頭會(huì)發(fā)出開大流量閥的指令，直至瞬時(shí)流量接近或等于設(shè)定數(shù)值為止。流量的比較和流量閥的調(diào)整周期為15 s。為了避免流量頻繁波動(dòng)，不進(jìn)行流量調(diào)整的死區(qū)范圍為0.1 m3/h。

除流量控制和顯示功能外，儀表頭還具有RS485通訊功能，可依據(jù)特定的通訊協(xié)議響應(yīng)RS485總線上的數(shù)據(jù)上傳命令，并將數(shù)據(jù)上傳至總線。流量變送器和儀表頭均為可拆卸式，便于后期對(duì)流量計(jì)量進(jìn)行周期檢定。壓力變送器為具有RS485總線通訊功能的壓力變送器。

1.2 顯控臺(tái)

顯控臺(tái)由觸摸屏顯示器、嵌入式工控機(jī)、串口服務(wù)器和機(jī)柜四部分組成。顯控臺(tái)內(nèi)置流量測(cè)控系統(tǒng)軟件，壓力儀表中的數(shù)據(jù)顯示于觸摸屏，同時(shí)，通過軟件可設(shè)定智能流量測(cè)控儀的瞬時(shí)流量值。軟件具備流量、壓力監(jiān)控報(bào)警和傳輸監(jiān)控功能，當(dāng)流量和壓力數(shù)據(jù)超出設(shè)定范圍時(shí)，將以圖形的方式報(bào)警提示。當(dāng)智能流量測(cè)控儀出現(xiàn)傳輸故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)警提示。

1.2.1 串口服務(wù)器

為了保證在斷電情況下流量計(jì)仍能正常工作、流量的計(jì)量和累積能正常進(jìn)行，流量計(jì)采用了電池供電的方式。采用電池供電的流量計(jì)的響應(yīng)速度慢，無法保證及時(shí)響應(yīng)數(shù)據(jù)上傳命令。其在收到RS485總線的數(shù)據(jù)上傳命令后，需要約2 s的響應(yīng)才開始上傳數(shù)據(jù)。如果所有的流量計(jì)并接在同一根RS485總線上，16臺(tái)流量計(jì)完成一次數(shù)據(jù)傳輸至少會(huì)延時(shí)32 s，無法滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)顯示的實(shí)時(shí)性要求。因此，在系統(tǒng)顯控臺(tái)中引入了串口服務(wù)器。串口服務(wù)器可以將RS-232/485串口接口轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)據(jù)的雙向透明傳輸，且可并行連接多個(gè)串口設(shè)備，將現(xiàn)有的多個(gè)串口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)端口的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用的串口服務(wù)器為MOXA公司的NPort系列串口服務(wù)器，具有多種操作模式，數(shù)據(jù)的傳輸和處理可通過其提供的函數(shù)庫操作，從而大大簡化了數(shù)據(jù)傳輸軟件的開發(fā)過程。

1.2.2 顯控臺(tái)軟件

顯控臺(tái)軟件使用Visual C++開發(fā)。顯控臺(tái)軟件可顯示16路流量、壓力數(shù)據(jù)和流量報(bào)警數(shù)據(jù)和壓力報(bào)警數(shù)據(jù)，具備流量和壓力報(bào)警參數(shù)設(shè)置、報(bào)表輸出等功能。

1.2.2.1 模擬鍵盤輸入

顯控臺(tái)無鼠標(biāo)和鍵盤，其輸入依靠軟件中的按鈕進(jìn)行，如圖3所示。

圖3 軟件輸入界面

通過按下相應(yīng)的按鈕，在按鈕的ButttonClicked事件響應(yīng)函數(shù)中調(diào)用API函數(shù)keybd_event來模擬鍵盤輸入。該API函數(shù)的定義如下：

VOID keybd_event（

BYTE bVk， //按鍵的虛擬鍵值，如果回車鍵為vk_return，則tab鍵為vk_tab

BYTE bScan， //掃描碼，一般不用設(shè)置，用0代替

DWORD dwFlags， //選項(xiàng)標(biāo)志，如果為keydown，則設(shè)置0即可，如果為keyup，則設(shè)置

//"KEYEVENTF_KEYUP"；

DWORD dwExtraInfo //一般設(shè)置為0

）；

1.2.2.2 報(bào)表功能

本系統(tǒng)采用Excel的automation技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了Excel報(bào)表的自動(dòng)生成，報(bào)表模板如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)報(bào)表模板

2 結(jié)束語

目前，該注水井自動(dòng)配置系統(tǒng)已安裝在中原油田采油五廠中的2個(gè)計(jì)量站，系統(tǒng)運(yùn)行良好，客戶給予了高度評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)

[1]肖宏偉.專家門診——Visual C++開發(fā)答疑300問[M].北京：人民郵電出版社，2003.

〔編輯：張思楠〕

One Kind of the Automatic Injection System for Injection Well

Wang Qingwei

Abstract： With the development of oil field， the production of oil well is reduced gradually with the decrease of the energy of the layer. In order to ensure that the oil field is high and stable， some measures are often used to supplement the formation energy， which is one of the important measures to solve the oil field. Therefore， a kind of automatic injection system of injection well is designed， which can realize the automatic adjustment of flow rate， and ensure the accuracy of water injection. In addition， the system can collect the pressure and flow data from the wellhead and form a report， in order to facilitate the analysis of the effect of the latter.

Key words： oil field； water injection well； automatic injection system； formation energy