油田注水站自動化探討

聶斌 詹江 印士濤 婁真真

摘要： 隨著油田進入高含水開發(fā)期，注水量大幅度增加，油田注水已成為采油的主要工藝手段，也是油田穩(wěn)產(chǎn)保產(chǎn)、保護環(huán)境的重要措施。開展油田注水站自動化，實現(xiàn)注水站中儲水罐、注水管網(wǎng)、注水泵、水泵房、注水閥組等主要設備的監(jiān)控和自動控制，對實現(xiàn)油田“注夠水，注好水”的注水目標，建成節(jié)能、環(huán)保、運行效率高的智能化、數(shù)字化的油田注水系統(tǒng)有著重要意義。

關鍵詞： 注水站;自動化;工藝流程;

青海油田的勘探始于1954年，是中國石油工業(yè)發(fā)展的先驅(qū)之一。目前油田油藏立足水驅(qū)，推進三采，注水采油依然是油田穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)的主要工藝，隨著油田開發(fā)對注水的要求更加嚴格，既要求注入水質(zhì)達到規(guī)定的環(huán)保要求，又對注入水水量的平穩(wěn)性有了更高的要求。因此，研究注水站自動化對于提高注水效率、保證油田的穩(wěn)定運行、降低職工勞動強度和用工成本，提高企業(yè)的效益具有重要的意義。

1油田注水站自動化必要性

1.1 注水壓力波動影響有效注水

隨著油田開發(fā)的深入，油田注水規(guī)模的不斷擴大，特別是低滲透油藏注水壓力要求越來越高，注水系統(tǒng)局部管網(wǎng)負荷過重，部分注水井達不到配注要求。于是采取干線提壓，產(chǎn)生注水壓力波動，同時造成系統(tǒng)能耗高、效率低下，部分注水井發(fā)生超欠注問題，成為油田實現(xiàn)精細注水目標的阻礙之一。因此，在滿足油田注水工作量的前提下，如何提高注水系統(tǒng)效率，實現(xiàn)有效注水是研究注水站自動化的重要目標。

1.2 員工勞動強度大

注水站員工日常采集的資料主要包含儲液罐的液位、注水分壓、管壓、注水流量等參數(shù)，資料均以報表的形式體現(xiàn)。同時由于現(xiàn)場注水井位置相對分散，現(xiàn)場還需員工定時進行巡井并對注水量進行調(diào)節(jié)，勞動強度很大?，F(xiàn)場人工進行配注調(diào)節(jié)，操作頻繁，經(jīng)常發(fā)生超、欠注現(xiàn)象，達不到配注壓力和流量的要求。特別是在注水現(xiàn)場的夜班，由于技術、責任心等因素，超欠注現(xiàn)象更容易發(fā)生，管理難度大。

1.3 注水成本高

自動化程度低、需要人值守的注水站比無人值守注水站多配備2-3名崗位員工，注水人工成本偏高。當注水工況發(fā)生變化時，崗位員工未能及時進行相應調(diào)整，會導致注水單耗增加。尤其是水泵抽空或電機、泵軸承以及軸瓦過熱等現(xiàn)象未及時發(fā)現(xiàn)，導致設備損壞，設備維護修理成本將大大增加。

2注水站自動化工藝

2.1 自動化控制簡介

采用以計算機為核心的 PLC（Programmable Logic Controller）控制系統(tǒng)。站控制系統(tǒng)（SCS—Station Control System）具有自動監(jiān)控和報警功能，對重要設備狀態(tài)和工藝參數(shù)能有效檢測和自動控制，所有數(shù)據(jù)和操作均具有歷史追溯能力。值班室設置操作站、工程師站、打印機等，通過控制系統(tǒng)的人機界面，對注水站工藝的生產(chǎn)動態(tài)參數(shù)進行實時監(jiān)控，提供指導現(xiàn)場生產(chǎn)工藝的重要參數(shù)。

2.2 注水站自動化目的

2.2.1 實現(xiàn)水罐液位檢測，并與進罐、出罐電動閥聯(lián)鎖，保證液位在正常范圍內(nèi)，減少人工手動開關閥門。

2.2.2 實現(xiàn)恒壓注水，減少注水壓力波動，保證注水系統(tǒng)穩(wěn)定。

2.3 自動化控制方案

2.3.1 在注水站水罐進出口安裝電動閥，罐體安裝液位變送器，信號傳輸至PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)可依據(jù)水罐液位對進出罐閥門進行開關控制，并同時將液位、電動閥開關狀態(tài)傳輸至上一級SCADA系統(tǒng)，與供水系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動。

2.3.2 水罐出水通過喂水泵輸送至注水泵進口，為保證注水系統(tǒng)平穩(wěn)運行，需檢測喂水泵出口即注水泵進口壓力，壓力信號傳輸至PLC控制系統(tǒng)，注水泵進口壓力值與注水泵啟停聯(lián)鎖，當注水泵進口壓力不滿足工藝要求時，注水泵無法啟動、聯(lián)鎖停泵。

2.3.3 注水泵出口安裝壓力變送器，對注水泵出口水壓進行檢測，信號傳輸至PLC控制系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)依據(jù)采集到的壓力與設定注水壓力相比較，通過PID調(diào)節(jié)運算，輸出信號至變頻器，變頻器接收到頻率控制信號后，調(diào)整注水泵電機運行頻率，實現(xiàn)注水壓力、流量的平衡調(diào)整。

2.4 注水站PLC控制系統(tǒng)可實現(xiàn)功能

2.4.1 工頻、變頻運行指示、注水泵進口壓力顯示、出口壓力顯示、泵潤滑油溫度顯示、電機軸承溫度顯示。

2.4.2 泵出口超壓報警，泵入口低壓報警。

2.4.3 泵潤滑油溫度超溫報警，電機前后軸承高溫報警。

2.4.4 故障、報警內(nèi)容查詢，參數(shù)運行曲線查詢，電量計量功能。

2.4.5 控制回路電機風扇、交流接觸器輔助觸點連鎖保護。

2.4.6具有變頻啟動（包括自動恒壓閉環(huán)控制和手動控制）。

2.4.7 PLC站控系統(tǒng)可以由SCADA等遠程修改設定值，遠程調(diào)參、啟停注水泵。

3實現(xiàn)自動化后的效果

3.1提高注水設備運行的平穩(wěn)和安全

通過注水站的自動化建設，能準確及時地為注水站值班人員提供設備運行的實時數(shù)據(jù)，當設備的運行參數(shù)及輔助參數(shù)超出規(guī)定限值時，發(fā)出報警，提示值班人員進行處理，如果出現(xiàn)意外的緊急狀況，系統(tǒng)將在啟動聯(lián)鎖保護，停運注水設備，避免設備事故發(fā)生。

3.2降低注水井單耗，提高經(jīng)濟效益

注水站自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)對設備運行的自動調(diào)控。在保證機泵運行安全的基礎上，針對注水動態(tài)變化進行及時的動態(tài)調(diào)控，杜絕了因調(diào)整不及時調(diào)整而出現(xiàn)的節(jié)流增大損失與閥門開度減少等的情況，可降低注水井單耗，提高注水能效。

3.3降低設備磨損，降低崗位工人勞動強度

注水站注水設備有狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能對設備運行狀態(tài)進行全方位的監(jiān)測和調(diào)控，可避免設備事故，同時可開展預防性維修，降低工人更換零部件頻率。系統(tǒng)完善的數(shù)據(jù)監(jiān)測功能與調(diào)控功能，能夠自動采集數(shù)據(jù)與調(diào)整，減少注水站用工數(shù)，使工人的勞動強度降低。

4結論

注水工作是油田生產(chǎn)的重要組成部分，注水站自動化在某種程度上代表了油田數(shù)字化的應用的水平，注水站自動化工程通過實現(xiàn)注水井流量壓力的自動調(diào)控，注水站減人值守，達到減少生產(chǎn)管理人員數(shù)量，降低勞動強度目的。

通過隊注水站自動化的改造，將改善油田注水的生產(chǎn)平穩(wěn)和安全，通過對注水機泵設備的實時調(diào)節(jié)可保證設備高效運行，降低注水壓力波動和設備能耗，減少設備事故發(fā)生幾率，節(jié)約設備維修時間和成本。有利于油田的可持續(xù)發(fā)展，將會產(chǎn)生良好的企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1] 李德軍，馬延軍等.自動化監(jiān)控技術在油田注水泵站的應用[J].油氣田地面工程，2002，57（3）：88—89