劉會(大港油田公司第六采油廠,天津 大港 300280)
注水是油田開發(fā)的一種重要的方式,是一種維持油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效措施。但同時,注水也是能耗大戶,注水泵站用電約占油田生產(chǎn)總用電的30%。目前油田80%的注水站均配套了自動化系統(tǒng),但大部分參數(shù)采集不全面,尤其缺乏對電量參數(shù)和泵工況的采集和安全聯(lián)鎖保護,且系統(tǒng)老舊嚴重,自動化系統(tǒng)應(yīng)用意義不大[1]。另外,站內(nèi)只實現(xiàn)了總耗電量計量,對不同機泵的單耗沒有準確的計量,無法實現(xiàn)設(shè)備能耗情況分析,電量統(tǒng)計仍采用人工填報形式,自動化程度低,信息孤立。
針對上述問題,為確保注水泵安全高效運行,提高注水站自動化水平,實現(xiàn)注水泵站能耗自動監(jiān)測分析,大港油田開展了注水泵站生產(chǎn)參數(shù)及能耗自動監(jiān)測系統(tǒng)研究,并根據(jù)研究成果開展現(xiàn)場試驗應(yīng)用。
注水站生產(chǎn)參數(shù)及能耗自動監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),共分為四層:數(shù)據(jù)采集層---集中控制層---站內(nèi)組態(tài)層—分析應(yīng)用層[2]:
現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層主要實時檢測現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù),通過現(xiàn)場檢測儀表及傳感器對各生產(chǎn)節(jié)點的數(shù)據(jù)進行實時采集并傳輸至集中控制層。
采集參數(shù):注水泵進口母管壓力,出口匯管壓力及流量,單泵電量(電量電壓及變頻狀態(tài))、進出口壓力、出口流量、定子溫度、油箱溫度、軸瓦溫度、壓力。
集中控制層主要由PLC 系統(tǒng)構(gòu)成,集中監(jiān)控現(xiàn)場采集數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進行運算和處理,同時通過TCP/IP 形式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計算機實現(xiàn)站內(nèi)組態(tài)監(jiān)控。
站內(nèi)組態(tài)層主要由組態(tài)軟件構(gòu)成實現(xiàn)數(shù)據(jù)的站內(nèi)監(jiān)控,安裝在監(jiān)控計算機上,與PLC 通訊,對采集的實時數(shù)據(jù)進行集中處理和展示,并通過油田局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至分析應(yīng)用層。
由數(shù)據(jù)服務(wù)器、能耗監(jiān)控分析系統(tǒng)軟件和用戶終端組成,對數(shù)據(jù)進行集中管理分析,實現(xiàn)注水站能耗自動計算分析,并通過網(wǎng)絡(luò)進行統(tǒng)一展示與發(fā)布[3]。
本系統(tǒng)注水站能耗監(jiān)測主要指標包括:注水泵容積效率、電機效率、機組效率、注水站效率、注水站單耗。
(1)注水泵容積效率:注水泵的實際排量與額定排量的比值。
式中:ηi容-注水泵容積效率;Qi-注水泵實際排量,m3/h;Qi額-注水泵額定排量,m3/h。
(2)電機運行效率:電動機的輸出功率與輸入功率之比。
式中:ηi注水電機-注水泵電機效率;Nio-電機空載功率,KW;Ii-電機輸入電流,A;Ri-電機定子直流電阻,kΩ;K-電機損耗系數(shù)。
(3)機組效率:注水泵輸出的有效功率與電機輸入功率的比值。
式中:ηi注水泵機組-注水泵機組效率;P2-注水泵出口壓力,MPa;P1-注水泵進口壓力,MPa;Ui-注水電機輸入電壓,V;Ii-注水電機輸入電流,A;cosφi-電機功率因數(shù)。
(4)機組單耗
瞬時單耗:注水泵電機的輸入功率與注水泵實際排量的比值。平均單耗:單位時間內(nèi)總耗電量(KW·h)與注水量(m3)的比值。
式中:qi注水機組—注水泵機組單耗,KW·h/m3。
根據(jù)注水泵的運行壓力計算合格單耗:qi注水機組=(P2-P1)·Qi/(3.6ηi注水泵機組);ηi注水泵機組=80-85%。
(5)注水站單耗
瞬時平均單耗:注水站內(nèi)運行注水泵電機的輸入功率之和與注水泵實際排量之和的比值。平均單耗:注水站內(nèi)單位時間內(nèi)運行泵耗電量(KW·h)之和與注水站輸出水量(m3)之和的比值。
基于上述研究,注水站生產(chǎn)參數(shù)及能耗自動監(jiān)控系統(tǒng)在大港油田采油三廠29座注水站開展了現(xiàn)場應(yīng)用,實現(xiàn)了站內(nèi)生產(chǎn)參數(shù)自動采集、集中監(jiān)控,注水泵超壓、超溫停泵保護,機泵能耗狀況實時監(jiān)測,同時在統(tǒng)一應(yīng)用層實現(xiàn)了所有注水站電量及主要生產(chǎn)參數(shù)的統(tǒng)一管理應(yīng)用,并計算泵站單耗、平均容積效率、平均電機功率、泵站效率,單泵單耗、容積效率和電機效率并通過油田局域網(wǎng)絡(luò)發(fā)布,截止目前系統(tǒng)運行穩(wěn)定,效果良好。
本系統(tǒng)以注水站為研究對象,建立了一套軟、硬件相結(jié)合的注水站生產(chǎn)參數(shù)及能耗自動監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了機泵主要生產(chǎn)參數(shù)自動采集、監(jiān)控、實時計算、注水泵超壓、超溫停泵保護、能耗指標分析等功能,為注水站向精細化、自動化、數(shù)字化建設(shè)方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
[1]晏耿成.基于數(shù)字化注水站的能耗監(jiān)測與分析系統(tǒng)設(shè)計.石油天然氣學(xué)報,2013.35:52-53。
[2]韓璞,周黎輝,孫海蓉,黃宇.分散控制系統(tǒng)的人機交互技術(shù).電子工業(yè)出版社,2007.9:32-35。
[3]鄧麗君.標準化注水站在油田地面工程建設(shè)中的應(yīng)用.中國石油和化工標準語質(zhì)量,2012.15:23-25。