引言
我国陆上油气田分布较为广泛,但大多数油气田均已进入高含水中后期开发,而注水开发是中后期油气田生产的主要技术手段,传统的地面注水工程采用三级布站模式,整体地面工艺流程长、工艺复杂、技术落后、工人劳动强度大、效率低下,伴随而来的是高成本、高能耗、腐蚀老化严重、安全环保隐患大等地面系统问题,给各油气田的生产经营、安全环保带来严峻挑战。面对日益严峻的形势,我油田技术人员打破思想束缚,在科学调研的基础上成功进行技术攻关,并积极借助外力,采用微功耗技术自主研制出注水井自动监控系统的关键部件;结合注水井的日常管理,编制了监控管理软件,硬件软件的结合,最终开发出注水井自动监控系统这一领先技术。在我油田完善的局域网平台上,运用这一技术,可发挥如下功能:自动录取传输注水井的各项资料、数据(如:水井油套压、瞬时水量、日注入量、累积水量等);自动调节注水量;与注水井恒流技术配套使用,保证平衡注水,防止油井出砂;实现各种报警功能(如:高低压、最高最低流量、超注、泄露等)。以下分几个方面详细介绍注水井自动监控系统的研发应用情况:
1油田注水井智能监控的优势
直读性：智能监测系统中经过设计后测试过程可视化，通过直观的观察能够准确判断调配过程中水量的变化过程和趋势，从而直接对调配过程起到直接指导，避免了一些问题，有效的减免了无效测试，提高了测试调配的成功率。继承性：油田注水井的智能监控系统继承了常规注水工艺技术优势，在保持执行标准和测试技术的管理情况下，仪器投捞技术得到了保持，并且投捞的测试工艺能够通用，可以由基层测试队独立完成。准确性：油田注水井的智能监控系统相对传统的测试来讲更降低了测试误差，在技术上使用单层独立测试替换常规递减法，使得单层合格水量误差由20%降低到15%以内。适应性：新的智能监控系统可以全自动运行，完全无需人工的参与，其中采用了地面回放的方式对全程的数据进行监控调配，并且严格按照配注量进行，为油田的开发实施和调整提供了可靠的依据。
2系统组成
2.1流量控制器
针对注水井现场自动计量、自动配水的目标，所选的流量控制器必须配备电动执行机构用来根据设定值自行调节水量。方案选取的流量控制器———ＧＬＺ型电磁自控仪分为电动执行机构和电磁流量计两部分。其中电动执行机构由２２０Ｖ电源供电，向电磁流量计输出２４Ｖ电压，接受反馈回的流量模拟信号，并将水量数据通过ＲＳ４８５通信电缆向ＲＴＵ发送。两部分由法兰连接，电磁流量计可单独拆下，方便校验。同时考虑到可能存在的通信故障、临时断电、水质差造成测量管径结构、卡住等实际生产情况。对流量控制器进行了定制改装。改装后的控制器可在通信故障时，存储保存上一通信节点的设定值，从而进行水量调节。电磁流量计部分加装蓄电池，可在停电时保存累计流量，具备“通信故障时不影响正常恒量配水、停电不影响正常计量”的优点。测量管通过电磁感应原理进行测量，管内无活动及阻流部件，不堵塞、压损小，减少了卡表情况的出现。当流量控制器通过就地人工设置或远程设置某一个流量值后。执行机构会根据设定的流量自动通过电机的旋转调节阀门的开启度（ＰＩＤ控制），周期性地将所测量到的瞬时流量值与该设定流量值相比较。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当前瞬时流量大于设定值并超出规定范围时，流量控制器会发出指令，启动电机将流量阀关小；当前瞬时流量小于设定值并超出规定范围，流量控制器会发出开大流量阀的指令，直至瞬时流量接近或等于设定数值为止，如图３所示。流量的比较和流量阀的调整周期为５ｓ。为了避免流量频繁波动，不进行流量调整的死区范围为０．１ｄｅｇ／ｈ。从而自动调整高压注水流量，达到自动控制的目的。执行机构是经过减速装置的电机驱动装置，包括电机和阀门组件（蜗杆减速－阀芯阀套和密封件）。它具有电子位置显示、阀门位置指示、电子限位、机械限位、手动调节功能。在手动状态调节阀门时，由于减速装置和阀门压力自平衡系统的作用，手轮很轻，易于准确调节，省时省力。
2.2系统功能
（1）注水井远程智能控制系统通过CDMA无线传输，实现了注水井工况数据的自动采集和上报，设备互联互通互换。（2）Web浏览查询是基于B/S的系统，建立的数据库基础上的，数据查询功能丰富，报表能够自动生成，注水量可以直接上报。（3）实现在水井正常运行期间进行远程数据的自动录取、在无人值守情况下能及时掌握水井的动态变化的基础上，提高生产效率，节省产能建设和设备更新的投资。（4）实现注水量的恒流注水。在自动运行模式下，系统根据设置的流量值进行流量的自动调节，实现平稳注水。（5）供电为直流24V，由太阳能电池供电或井场电源变压；压力传感器采用RS485总线设计，RTU与控制部分采用有线方式。（6）水量调节精度为无级设置，可在0～100任意设置，可实时进行精确调整。（7）水量误差控制在1%以内，远高于10%的精度。（8）可以在现场或远程电脑进行运行参数设置和流量调节。（9）系统具有手动、自动运行模式，手动优先，切换方便。
2.3RTU系统
RTU系统根据现场的供电方式不同分为光伏供电RTU系统和市电供电RTU系统。光伏供电RTU系统主要组成有:光伏供电系统(太阳能电池板、蓄电池组、电源转换模块、太阳能充电控制器)、RTU(含GPRS通信终端)、DC/DC电源转换模块等组成,解决了现场不具备电源的问题;而市电供电RTU系统主要组成有:RTU(含GPRS通信终端)、AC/DC电源模块、DC/DC电源模块,满足现场具备电源的条件。RTU系统具有完成注水井的压力、流量的采集、存储、显示、转发及井口设备的参数配置等能力;具有就地显示压力、流量数据功能;具有系统的工作电压、电池电量、充电系统、开关机状态判别,压力超限、流量超限判别及报警。同时,RTU系统具有数据存储功能,当GPRS网络出现故障或者目标服务器不能正常工作,GPRS可存储数5天以上数据(以每小时采集一条数据进行计算),待GPRS网络恢复或目标服务器正常运行,RTU系统将会及时将数据发送至目标服务器，满足现场生产的需要。
结语
油田注水井的智能监测是发展趋势，是一种低成本、高可靠性的测控方案。在油田注水井的检测工作中我们已经取得了成绩，但仍存在不足，我们要以现有的基础不断的研发和提高油田的自动化水平和生产效率,更好的保证能源的供应。
参考文献
[1]王广雄.石油及石油化工自动化论文集[M].哈尔滨:学苑出版社,1993,6.
[2]吴舒辞.自动控制技术[M].北京:中国林业出版社,2000,1.
[3]艾列尔.A.A.自动控制与远程控制的理论基础[M].北京:高等教育出版社,1958,6.
论文作者: 姜振锋
论文发表刊物:《科学与技术》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/29
标签：流量论文; 系统论文; 油田论文; 水量论文; 控制器论文; 监控系统论文; 数据论文; 《科学与技术》2020年第1期论文;