摘要：本文從大港油田采油三廠注水井的自動化發(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)，對兩套系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行了比較。

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，使油藏有較強的驅(qū)動力，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)實中常常不能及時發(fā)現(xiàn)和解決現(xiàn)場問題，各大油田都開始考慮自動化在注水井上的應(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流量、累積流量及井口油壓、套壓，現(xiàn)場采集終端再將瞬時流量、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)器端自動生成即時數(shù)據(jù)和相關(guān)報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，并且充分利用休眠機制，最大限度降低系統(tǒng)耗電，保證了長期平穩(wěn)運行通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，實現(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。

    后臺服務(wù)器平臺將現(xiàn)場監(jiān)控終端采集的數(shù)據(jù)進行工況分析、超限報警、注水量計算、報表、曲線、圖示等數(shù)據(jù)統(tǒng)計，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，對管理的水井進行定制查詢和統(tǒng)計、展示水井的相關(guān)曲線和報表報警信息的查詢等。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、油管瞬時流量、油管累積流量、套管配注量、套管瞬時流量、套管累積流量，以及一些控制器的電池電壓等控制器運行參數(shù)。

    2.3 系統(tǒng)特點

    這套系統(tǒng)特點較為鮮明：

    （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)時電纜損壞及人為損壞電纜等帶來的不必要的麻煩。

    （4）相對于人工報表方式，數(shù)據(jù)更加真實可靠，且數(shù)據(jù)的時效性更好。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量。現(xiàn)場控制器設(shè)有顯示小屏及簡易鍵盤，可以隨時查看各個儀表數(shù)據(jù)，并手動刷新實時數(shù)據(jù)。但是，由于考慮成本及注水井井口多數(shù)無供電的實際情況設(shè)計采用了電池供電模式，為了降低功耗，保證電池的使用時間，該系統(tǒng)大部分時間處于休眠狀態(tài)，只在到達設(shè)定采集時間間隔之后,RTU才會切換至工作模式，開始現(xiàn)場各個儀表數(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得到水井實時數(shù)據(jù)變得難以實現(xiàn)。為此，公司開始了可調(diào)節(jié)注水井的開發(fā)試驗工作。

    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系統(tǒng)的設(shè)計進行了相應(yīng)更改。流量計設(shè)計上使用了智能控制流量計，可以根據(jù)設(shè)定的流量對現(xiàn)場閥門的開度進行調(diào)節(jié)，相比人工調(diào)節(jié)，更為及時準(zhǔn)確，大大降低了人工成本。在系統(tǒng)設(shè)計上采用了太陽能電池供電，保證了電動調(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程獲取油井實時工作狀態(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)和報表之外，還可以使用注水井管理軟件刷新實時數(shù)據(jù)，更改設(shè)計流量值等操作，為水井的日常維護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，后臺服務(wù)器平臺。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（遠程控制終端）、無線壓力變送器、智能流量控制器、流量計、供電系統(tǒng)等。后臺服務(wù)器平臺有水井?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（遠程控制終端）采用了安控科技E5522控制器，采用雙層門設(shè)計，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。實際注水井生產(chǎn)時，除了籠統(tǒng)注水井油田還有很多分注水井，E5522控制器可以同時帶
  
                
                                  圖4 安控科技E5522控制器

    G-專多個智能調(diào)節(jié)流量計，不僅可以適合分注水井，對于距離近的多口注水調(diào)節(jié)井，可以一套設(shè)備同時驅(qū)動。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。此外，還可以根據(jù)生產(chǎn)需要對無線傳感器掃描時間進行設(shè)置。電池等信息也上傳給控制器，上位機可以根據(jù)電池情況進行相關(guān)報警等。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)點數(shù)據(jù)采集，包括油管壓力、套管壓力、油管瞬時流量、油管累積流量等。

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

    （3）遠程設(shè)定流量、遠程開關(guān)閥等功能。

    具體的調(diào)節(jié)過程如下，通過遠程設(shè)置和現(xiàn)場調(diào)控兩種方式設(shè)置水井的配注量，流量計將實際流量傳達給智能流量控制器，控制器將測出的流量與配注量進行對比，如果未達配注量允許的范圍內(nèi)，控制器下達指令給流量調(diào)節(jié)機構(gòu)，調(diào)整閥門開度，重復(fù)以上操作，直到閥門流量到達設(shè)定流量的誤差區(qū)間，控制器不再進行調(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)運行中發(fā)現(xiàn)的小問題，對新系統(tǒng)的工作模式進行了改進。

    （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注水流量進行修改，使得現(xiàn)場操作更加方便。

    后臺服務(wù)器平臺則實現(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RTU各項數(shù)據(jù)采集并進行存儲工作。

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

    （3）對采集的數(shù)據(jù)分別存儲，進行發(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)報表等。

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

    （5）現(xiàn)場RTU各項參數(shù)的報警信息的發(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，對注水井的配注量進行調(diào)節(jié)。通過報警軟件的終端獲取最新的報警信息。

    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)控的及時性，也大大降低了采油工人的勞動強度，提高了油田注水井的管理水平，以及油田的自動化水平，實現(xiàn)了油田的簡化優(yōu)化目標(biāo)。

      摘自《自動化博覽》2011年第四期