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    摘要：本文從大港油田采油三廠注水井的自動(dòng)化發(fā)展，介紹了微功耗注水井采集系統(tǒng)和可調(diào)節(jié)注水井采集控制系統(tǒng)，對(duì)兩套系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞：無線；儀表；RTU；注水井

    Abstract: This paper, taking the automation development of water  injectionwells in  The Third Plant of DaGang Oil field as an example, introduces twosystems, i.e. the micro-power acquisition system and the adjustable acquisitioncontrol system,for water injection wells. Meanwhile, we make a comparison ofthe advantages and disadvantages of the two systems.

    Key words: Wireless; Instrumentation; RTU; Water injection wells
   
    1 什么是注水井？

    注水井是用來向油層注水的井。在油田開發(fā)過程中，隨著開采時(shí)間的增長，油層本身能量慢慢消耗，油層壓力逐漸下降，地下原油大量脫氣，粘度增加，油井產(chǎn)量大大減少，為了彌補(bǔ)原油采出后造成的地下虧空，通過專門的注水井將水注入油藏，保持或恢復(fù)油層壓力，使油藏有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，以提高油藏的開采速度和采收率。

    一直以來，注水井生產(chǎn)都采用人工調(diào)節(jié)方式來控制單井注水量。由于注水井分布較為分散，環(huán)境復(fù)雜，隨著油田的深入開發(fā)，注水井所占比例越來越大，原始的人工巡查方式需要投入的人工成本越來越高，現(xiàn)實(shí)中常常不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決現(xiàn)場問題，各大油田都開始考慮自動(dòng)化在注水井上的應(yīng)用。大港油田采油三廠在2008年開始了注水井自動(dòng)化改造方面的嘗試，來減輕油田采油工的工作量。

    2 微功耗注水井

    2.1 系統(tǒng)簡介

    北京安控科技股份有限公司（以下簡稱安控科技）結(jié)合采油三廠的情況及油田的需求，開發(fā)了最初的微功耗注水井采集器，和原有的油井自動(dòng)化采集系統(tǒng)相結(jié)合，開發(fā)了新的系統(tǒng)，該系統(tǒng)組成現(xiàn)場以微功耗采集控制器LP201為核心，通過短距離無線方式采集注水瞬時(shí)流量、累積流量及井口油壓、套壓，現(xiàn)場采集終端再將瞬時(shí)流量、累積流量、油管壓力、套管壓力等數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)回傳至數(shù)據(jù)處理發(fā)布服務(wù)器，在油水井服務(wù)器端自動(dòng)生成即時(shí)數(shù)據(jù)和相關(guān)報(bào)表并通過油田局域網(wǎng)發(fā)布。如圖1所示。
  
                   
                                    圖1 微功耗注水井

    2.2 系統(tǒng)組成

    該現(xiàn)場采集終端RTU使用微功耗設(shè)計(jì)，并且充分利用休眠機(jī)制，最大限度降低系統(tǒng)耗電，保證了長期平穩(wěn)運(yùn)行通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)采集終端和采集服務(wù)器的雙向通訊，一方面采集終端將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到采集服務(wù)器；另一方面，采集服務(wù)器將命令發(fā)送到采集終端，采集服務(wù)器將終端傳上來的數(shù)據(jù)解析處理后存到數(shù)據(jù)庫中。

    后臺(tái)服務(wù)器平臺(tái)將現(xiàn)場監(jiān)控終端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行工況分析、超限報(bào)警、注水量計(jì)算、報(bào)表、曲線、圖示等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，Web發(fā)布系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的權(quán)限和管理范圍，對(duì)管理的水井進(jìn)行定制查詢和統(tǒng)計(jì)、展示水井的相關(guān)曲線和報(bào)表報(bào)警信息的查詢等。Web發(fā)布的數(shù)據(jù)主要有注水井日配注量、注水方式、油壓值、套壓值、油管配注量、油管瞬時(shí)流量、油管累積流量、套管配注量、套管瞬時(shí)流量、套管累積流量，以及一些控制器的電池電壓等控制器運(yùn)行參數(shù)。

    2.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

    這套系統(tǒng)特點(diǎn)較為鮮明：

    （1）使用微功耗控制器為核心，供電方式為電池，可以適應(yīng)注水井井口大部分沒有電源的安裝環(huán)境。

    （2）現(xiàn)場設(shè)有顯示屏及簡易鍵盤，方便油田工作人員查看數(shù)據(jù)及設(shè)備的工作狀態(tài)。

    （3）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采用了短距離無線的傳輸方式，避免修井作業(yè)時(shí)電纜損壞及人為損壞電纜等帶來的不必要的麻煩。

    （4）相對(duì)于人工報(bào)表方式，數(shù)據(jù)更加真實(shí)可靠，且數(shù)據(jù)的時(shí)效性更好。網(wǎng)頁方式的數(shù)據(jù)查詢也更加方便。

    但該系統(tǒng)也有較多的不足：

    該系統(tǒng)只有單純的數(shù)據(jù)采集功能，對(duì)于注水量的調(diào)整還必須由工作人員到井口完成調(diào)節(jié)工作，只是與原有采油工巡井方式相輔助，但并沒有真正意義上的降低油田工人的勞動(dòng)量。現(xiàn)場控制器設(shè)有顯示小屏及簡易鍵盤，可以隨時(shí)查看各個(gè)儀表數(shù)據(jù)，并手動(dòng)刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。但是，由于考慮成本及注水井井口多數(shù)無供電的實(shí)際情況設(shè)計(jì)采用了電池供電模式，為了降低功耗，保證電池的使用時(shí)間，該系統(tǒng)大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)，只在到達(dá)設(shè)定采集時(shí)間間隔之后,RTU才會(huì)切換至工作模式，開始現(xiàn)場各個(gè)儀表數(shù)據(jù)采集工作，完成之后，再次切換至休眠模式，所以想在中控室隨時(shí)得到水井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變得難以實(shí)現(xiàn)。為此，公司開始了可調(diào)節(jié)注水井的開發(fā)試驗(yàn)工作。

    3 可調(diào)節(jié)注水井

    3.1 系統(tǒng)簡介

    可調(diào)節(jié)注水井根據(jù)微功耗注水井的不足對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了相應(yīng)更改。流量計(jì)設(shè)計(jì)上使用了智能控制流量計(jì)，可以根據(jù)設(shè)定的流量對(duì)現(xiàn)場閥門的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，相比人工調(diào)節(jié)，更為及時(shí)準(zhǔn)確，大大降低了人工成本。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用了太陽能電池供電，保證了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的供電，在工作模式上摒棄了原有的休眠工作模式，用戶可以更方便的遠(yuǎn)程獲取油井實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。油田最終用戶除了可以通過網(wǎng)頁的方式查看數(shù)據(jù)和報(bào)表之外，還可以使用注水井管理軟件刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，更改設(shè)計(jì)流量值等操作，為水井的日常維護(hù)提供了更加便利的條件。
   
   圖2是安裝在桿上的RTU和太陽能電池板。
  
             
                                 圖2 可調(diào)節(jié)注水井RTU

    3.2 系統(tǒng)組成

    可調(diào)節(jié)注水井主要的系統(tǒng)組成與原有的微功耗水井工作模式類似，主要分為兩大部分：井口設(shè)備，后臺(tái)服務(wù)器平臺(tái)。圖3為虛線框中部分為井口設(shè)備框圖。井口設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場采集點(diǎn)數(shù)不同，所需安裝的設(shè)備數(shù)量有所差距。
   
                  
                                  圖3 可調(diào)節(jié)注水井系統(tǒng)框圖

    井口設(shè)備主要有現(xiàn)場控制器RTU（遠(yuǎn)程控制終端）、無線壓力變送器、智能流量控制器、流量計(jì)、供電系統(tǒng)等。后臺(tái)服務(wù)器平臺(tái)有水井?dāng)?shù)據(jù)采集控制軟件、Web發(fā)布軟件以及注水井水量調(diào)節(jié)軟件等組成。

    現(xiàn)場控制器RTU（遠(yuǎn)程控制終端）采用了安控科技E5522控制器，采用雙層門設(shè)計(jì)，帶防水帽，適合室外安裝。小屏鍵盤相比微功耗水井控制器LP201簡易小屏鍵盤外可以顯示更多內(nèi)容，操作更為方便快捷。實(shí)際注水井生產(chǎn)時(shí)，除了籠統(tǒng)注水井油田還有很多分注水井，E5522控制器可以同時(shí)帶
  
                
                                  圖4 安控科技E5522控制器

    G-專多個(gè)智能調(diào)節(jié)流量計(jì)，不僅可以適合分注水井，對(duì)于距離近的多口注水調(diào)節(jié)井，可以一套設(shè)備同時(shí)驅(qū)動(dòng)。如圖4所示。現(xiàn)場儀表采用了短距離無線方式傳輸方式，選用了安控科技的SZ903無線傳感器，該傳感器采用2.4GHz通用頻率，相比原433MHz抗干擾能力更強(qiáng)。此外，還可以根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)無線傳感器掃描時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。電池等信息也上傳給控制器，上位機(jī)可以根據(jù)電池情況進(jìn)行相關(guān)報(bào)警等。如圖5所示。

      
                              圖5 SZ903無線壓力傳感器

    3.3 功能介紹

    可調(diào)節(jié)注水井主要功能有：

    （1）注水井各數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，包括油管壓力、套管壓力、油管瞬時(shí)流量、油管累積流量等。

    （2）現(xiàn)場流量控制，根據(jù)設(shè)定流量對(duì)閥門開度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使得現(xiàn)場實(shí)際流量符合注水井的配注要求。

    （3）遠(yuǎn)程設(shè)定流量、遠(yuǎn)程開關(guān)閥等功能。

    具體的調(diào)節(jié)過程如下，通過遠(yuǎn)程設(shè)置和現(xiàn)場調(diào)控兩種方式設(shè)置水井的配注量，流量計(jì)將實(shí)際流量傳達(dá)給智能流量控制器，控制器將測出的流量與配注量進(jìn)行對(duì)比，如果未達(dá)配注量允許的范圍內(nèi)，控制器下達(dá)指令給流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)整閥門開度，重復(fù)以上操作，直到閥門流量到達(dá)設(shè)定流量的誤差區(qū)間，控制器不再進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而完成一次調(diào)節(jié)過程。如圖6所示。

    此外，還根據(jù)原有微功耗注水井采集系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的小問題，對(duì)新系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行了改進(jìn)。

    （1）供電方式采用了市電供電或者在沒有市電供電的情況下，采用太陽能電池供電，同時(shí)給RTU系統(tǒng)、智能流量控制器等設(shè)備供電。

    （2）除了使用RTU進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，還可以使用磁筆在不打開智能流量控制器外蓋的情況下對(duì)注水流量進(jìn)行修改，使得現(xiàn)場操作更加方便。

    后臺(tái)服務(wù)器平臺(tái)則實(shí)現(xiàn)了如下功能：
           
                
                            圖6 智能流量控制器調(diào)節(jié)過程

    （1）根據(jù)用戶需要對(duì)RTU各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行存儲(chǔ)工作。

    （2）通過GPRS方式與現(xiàn)場RTU進(jìn)行通訊，遠(yuǎn)程調(diào)整配注量，遠(yuǎn)程開關(guān)閥等。

    （3）對(duì)采集的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)，進(jìn)行發(fā)布工作，油田相關(guān)工作人員可通過訪問相關(guān)頁面獲得數(shù)據(jù)報(bào)表等。

    （4）通過對(duì)采集來的數(shù)據(jù)分析，判斷井的運(yùn)行狀態(tài)。

    （5）現(xiàn)場RTU各項(xiàng)參數(shù)的報(bào)警信息的發(fā)布處理。

    （6）作業(yè)區(qū)或管理站的工作人員可以利用相關(guān)終端軟件，對(duì)注水井的配注量進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過報(bào)警軟件的終端獲取最新的報(bào)警信息。

    Web發(fā)布根據(jù)較原有微功耗水井新增了油管調(diào)節(jié)次數(shù)、油管閥門開度、套管調(diào)節(jié)次數(shù)、套管閥門開度等內(nèi)容。

    4 結(jié)語

    油田的深入開發(fā)離不開注水系統(tǒng)和注水井，以前依靠采油工井場開閉、調(diào)節(jié)閥門的方式已經(jīng)無法滿足油田的實(shí)際生產(chǎn)需要，可調(diào)節(jié)注水井的推廣和應(yīng)用更好的滿足了油田在注水方面的需求，既保證了注水量的準(zhǔn)確性，調(diào)控的及時(shí)性，也大大降低了采油工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了油田注水井的管理水平，以及油田的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了油田的簡化優(yōu)化目標(biāo)。

      摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第四期