注水系統(tǒng)的在線診斷技術(shù)

雷創(chuàng)

中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司，河北任丘 062552

注水系統(tǒng)的在線診斷技術(shù)

雷創(chuàng)

中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司，河北任丘 062552

多年來，注水系統(tǒng)的運行主要依靠管理人員的認(rèn)識和經(jīng)驗來實施，無法保證注水系統(tǒng)在優(yōu)化狀況下運行，實現(xiàn)注水系統(tǒng)的在線診斷是解決上述問題的重要途徑。首先介紹了在線診斷技術(shù)的思路和診斷系統(tǒng)的構(gòu)成，而后論述了變送儀表的微功耗無線數(shù)據(jù)采集、基于RTU的配水間無線數(shù)據(jù)集成監(jiān)控、異構(gòu)通訊模式下的集中監(jiān)控、儀器儀表的管理、注水?dāng)?shù)據(jù)實時管理平臺的開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，分析了在線診斷技術(shù)在工程中實施的效果。實踐表明，通過該項技術(shù)在車城油田5個注水站14臺注水泵的應(yīng)用，注水系統(tǒng)效率較應(yīng)用前提高了0.35個百分點，注水單耗降低了0.06 kW·h/m3，每年可節(jié)約注水成本2.2萬元，節(jié)約人工測試成本10萬元，合計每年節(jié)約成本12.2萬元。

注水系統(tǒng)；在線診斷；注水效率；能耗

注水系統(tǒng)是指注入水經(jīng)機泵、注水管道、配水間輸送到注水井井口的全流程。系統(tǒng)中的能量變化首先是電能轉(zhuǎn)換為機械能，再轉(zhuǎn)換為勢能，從而實現(xiàn)把水注入到地層的目的[1]。多年來，注水系統(tǒng)的運行主要依靠管理人員的認(rèn)識和經(jīng)驗來實施，無法保證注水系統(tǒng)在優(yōu)化狀況下運行，造成生產(chǎn)方案不盡合理，且得不到及時調(diào)整，致使注水系統(tǒng)效率低，注水單耗高。實現(xiàn)注水系統(tǒng)的在線診斷是解決上述問題的重要途徑。

1 在線診斷技術(shù)思路

將整個注水系統(tǒng)劃分為注水站、配水間、單井三個節(jié)點。對于注水站，通過對注水泵進出口壓力、注水泵電參量、注水泵進出口注水量信息的采集、分析，實現(xiàn)注水泵工況的在線診斷[2-3]。對于配水間，通過對來水匯管壓力、來水水量、單井注水量、單井配水間壓力信息的采集、分析，實現(xiàn)管網(wǎng)效率的在線診斷。對于注水井，通過對配水間單井注水量、壓力模擬計算，井口壓力信息的采集、分析，實現(xiàn)單井注水狀態(tài)的分析。通過對采集、計算得到的三個節(jié)點的數(shù)據(jù)進行分析整理，最終實現(xiàn)對注水系統(tǒng)的在線檢測。

2 在線診斷系統(tǒng)的構(gòu)成

注水系統(tǒng)在線診斷系統(tǒng)主要由現(xiàn)場采集系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、后期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成，見圖1。

（1）采集系統(tǒng)。由注水計量儀表、壓力變送器、電參量采集模塊組成采集系統(tǒng)，見圖2。注水計量儀表選用具有遠(yuǎn)傳功能、無可動部件、性能穩(wěn)定、精度高的旋渦流量計，選用具備遠(yuǎn)傳功能的壓力變送器，選用具有有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電參量計算功能的電參量采集模塊。

圖1 注水系統(tǒng)在線診斷系統(tǒng)示意

圖2 注水配水間采集現(xiàn)場

（2）無線傳輸系統(tǒng)。微功耗無線采集模塊將采集的數(shù)據(jù)通過本地RTU、電臺、光纖、網(wǎng)絡(luò)傳輸至后期處理系統(tǒng)。

（3）后期處理系統(tǒng)。采集數(shù)據(jù)進入后期處理系統(tǒng)后，先分類存儲至數(shù)據(jù)庫，而后通過數(shù)據(jù)處理軟件進行調(diào)用、計算，顯示單井、管網(wǎng)、機組的實時狀況，并對數(shù)據(jù)進行定期匯總分析，通過分析及時發(fā)現(xiàn)注水過程異常情況，及時調(diào)整和采取措施，最終實現(xiàn)對注水過程的精細(xì)管理[4]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 變送儀表的微功耗無線采集

采用微功耗處理器以及高占空比的程序控制，通過定時直接讀取指定地址數(shù)據(jù)的方式，實現(xiàn)運行參數(shù)的采集。通過流量計量采用通用采集模塊+電子流量計方式（見圖3（a）），壓力計量采用嵌入模塊+壓力變送器方式（見圖3（b））來采集注水量和管道壓力，克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的不可持續(xù)性、測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差、橋架線纜材料消耗大的問題[5-7]。

3.2 基于RTU的配水間無線數(shù)據(jù)集成監(jiān)控

圖3 變送儀表的微功耗無線采集

將油井監(jiān)控RTU控制器進行升級和簡化。一是改進地址功能，支持MODBUS通訊協(xié)議，提供不同變送器的統(tǒng)一尋址方式。二是重配采集功能，通過子地址進行屬性配置、功能設(shè)置，實現(xiàn)對變送器的屬性區(qū)分。三是開發(fā)型號選擇、應(yīng)答模式、上報周期等功能，使常用的流量、壓力變送器可以方便接入，并按照實際需求進行采集周期的設(shè)置。四是對配水間采集控制柜進行優(yōu)化，將體積縮小為油井RTU控制柜體積的1/3左右，為快速安裝、調(diào)試和移動復(fù)用創(chuàng)造便利，解決了采集儀表配置、管理和參數(shù)集成、上傳問題。

3.3 異構(gòu)通訊模式下的集中監(jiān)控

在電參量采集方面，對電量采集模塊進行配置，選用支持MODBUS-RTU協(xié)議的RS485接口，對無線數(shù)傳電臺、串口服務(wù)器、信號線纜等不同方式進行組合，達到電參量采集的監(jiān)測要求。

在數(shù)據(jù)復(fù)用方面，利用INTOUCH監(jiān)控系統(tǒng)軟件的組態(tài)功能和數(shù)據(jù)庫功能，對需復(fù)用的數(shù)據(jù)進行重新編碼，保證了數(shù)據(jù)統(tǒng)一，實現(xiàn)了電參量采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)一發(fā)布與存儲。

3.4 儀器儀表管理

基于SQL SERVER2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)了“儀器儀表管理平臺”，使用VS2008進行開發(fā)架構(gòu)，建立多單位、多用戶管理的儀器儀表資料網(wǎng)絡(luò)化管理平臺，設(shè)計快速提取、分析與各個采油作業(yè)區(qū)實時數(shù)據(jù)庫相連的點位與儀表運行狀態(tài)的模型，實時診斷檢測各類設(shè)備的運行狀態(tài)，實施集成基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施管理、監(jiān)控點位管理、歷史數(shù)據(jù)追溯、越限報警提示、數(shù)據(jù)質(zhì)量分析等功能。

3.5 注水?dāng)?shù)據(jù)實時管理平臺的開發(fā)

注水?dāng)?shù)據(jù)實時管理平臺實現(xiàn)了注水過程的實時監(jiān)控、自動分析和注水系統(tǒng)效率在線測試，縮短了發(fā)現(xiàn)異常和采取措施時間，降低了人工錄取、測試工作量，提高了注水過程的精細(xì)管理水平[8-10]。

（1）實時數(shù)據(jù)分析。通過實時錄取單井配水間壓力、瞬時流量、累積流量，結(jié)合地質(zhì)日配注算出的合理流量，當(dāng)瞬時流量不能滿足或超過合理流量時提示員工注水異常，員工根據(jù)現(xiàn)場情況及時調(diào)節(jié)注水量或采取其他措施。

（2）階段數(shù)據(jù)分析。圍繞注水日常管理需求，按作業(yè)區(qū)、區(qū)塊對單井超欠注、注水情況進行階段統(tǒng)計，方便工區(qū)管理人員對各區(qū)塊、單井注水情況進行分析。

（3）綜合數(shù)據(jù)統(tǒng)計。根據(jù)注水管理需要，按階段計算各作業(yè)區(qū)單位時間內(nèi)的日注、日配、生產(chǎn)天數(shù)、平均日注、完成百分比，并統(tǒng)計了各作業(yè)區(qū)的總井?dāng)?shù)、開井?dāng)?shù)和注水合格井?dāng)?shù)，方便廠級管理人員及時掌握各單位的注水情況。

（4）系統(tǒng)效率在線計算。利用采集的電參量、壓力、流量等參數(shù)，通過軟件模擬計算出井口壓力，實現(xiàn)注水系統(tǒng)效率的在線計算，減少人工測試工作量。

4 實施效果

目前該項技術(shù)在車城油田的5個注水站的14臺注水泵進行了應(yīng)用，通過實施數(shù)據(jù)分析，及時提示各項參數(shù)，注水系統(tǒng)效率達到54.35%、注水單耗達到6.34 kW·h/m3，較 2014年注水系統(tǒng)效率提高了0.35%，注水單耗降低了0.06 kW·h/m3，按車城油田日均注水0.13萬m3計，電價按0.77元/（kW·h）算，則日節(jié)約用電合人民幣60.06元，每年可節(jié)約注水成本2.2萬元，同時節(jié)約了人工測試成本10萬元，合計每年節(jié)約成本12.2萬元。

5 結(jié)束語

（1）注水計量實時監(jiān)控較好地解決了人工錄取注水量資料的繁瑣，資料真實性更強，同時縮短了發(fā)現(xiàn)注水異常情況和解決問題的時間。

（2）通過對注水泵電參量和管網(wǎng)壓力的實時采集，實現(xiàn)了注水泵、注水管網(wǎng)工況的實時分析以及注水系統(tǒng)效率的在線測試，縮小了人工測試的工作量。

（3）注水實時管理平臺的開發(fā)為日常管理以及地質(zhì)動態(tài)分析提供了便利，進一步提高了注水過程的精細(xì)管理水平。

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Research and application ofonline diagnosis technologyfor water injection system

LEIChuang
PetroChina HuabeiOilfield Company，Renqiu 062552，China

Water injection system running relies mainly on knowledge and experience.It is difficult to ensure the water injection system to run in optimization condition.Realizing online diagnosis for water injection system is the important way to solve the problem.This paper introduces the technical thoughts of the water injection system and the system configuration，and describes key techniques such as micro energy consumption wireless data acquisition transmitter，wireless data integral monitoring of water distribution room based on RTU，centralized monitoring in heterogeneous communication mode，instrumentation management，development of real-time water injection data management platform，then analyzes implementation effect of the online diagnosis system in engineering project.The application of the system in 14 water injection pumps of 5 water injection stations in Cecheng Oilfield enables the water injection system efficiency to raise 0.35%and energy consumption to reduce 0.06 kW·h/m3，and totalcost to save 122 000 yuan/a.

water injection system；online diagnosis；water injection efficiency；energy consumption

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.014

雷 創(chuàng)（1985-），男，陜西高陵人，工程師，2009年畢業(yè)于長江大學(xué)石油工程專業(yè)，主要從事油氣田開發(fā)技術(shù)研究及管理工作。

2016-12-12

Email：cy5_lchuang@petrochina.com.cn