注水井智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在油田的應(yīng)用

雷文慶　張曉東　張海峰

1山東青年政治學(xué)院　2吐哈油田吐魯番采油廠　3中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司采油一廠

注水井智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在油田的應(yīng)用

雷文慶1張曉東2張海峰3

1山東青年政治學(xué)院2吐哈油田吐魯番采油廠3中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司采油一廠

在油田開發(fā)過程中，注水井一般采用人工調(diào)節(jié)方法來(lái)控制單井注水量，此方法難以保證一線生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的有效收集。在基于物聯(lián)網(wǎng)的注水井智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，無(wú)線壓力變送器、電源管理模塊、控制主機(jī)、報(bào)警系統(tǒng)、流量計(jì)、RTU分別與控制主機(jī)相連，光電隔離器、D/A轉(zhuǎn)換器、電機(jī)、智能控制調(diào)節(jié)閥依次相聯(lián)，串口擴(kuò)展電路與RTU相連，GPRS模塊、上位機(jī)分別與串口擴(kuò)展電路相連，檢測(cè)處理的數(shù)據(jù)通過CDMAGPRS模塊傳回至油田企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各類儀表的相互聯(lián)通、生產(chǎn)參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、配注量的實(shí)時(shí)調(diào)配、相關(guān)生產(chǎn)報(bào)表的自動(dòng)生成等一系列功能。由于該裝置具有遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)節(jié)功能，在未來(lái)的生產(chǎn)規(guī)劃上，可以適當(dāng)增加配水間內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的安裝量，以降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)管理成本。

注水井；智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；無(wú)線傳輸；配注

在油田開發(fā)過程中，注水井一般采用人工調(diào)節(jié)方法來(lái)控制單井注水量。由于配水間內(nèi)分配水不精細(xì)、不均勻，以及井口閥門開度不對(duì)扣，常與要求水量存在誤差，難以保證一線生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的有效收集，達(dá)不到精細(xì)注水的要求。基于物聯(lián)網(wǎng)的注水井智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可進(jìn)行生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集、存儲(chǔ)，通過加載無(wú)線遠(yuǎn)程裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，強(qiáng)化單井的免人工監(jiān)管水平和智能級(jí)別。

1　智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

大慶油田采油六廠共有注水井3659口，配水間72座，并有較大規(guī)模、運(yùn)行多年的注水系統(tǒng)。近年來(lái)，數(shù)字化油田的建設(shè)及指導(dǎo)方向更加明確，各生產(chǎn)作業(yè)區(qū)在開采過程中，針對(duì)油井及站庫(kù)的數(shù)字化建設(shè)已經(jīng)采用了一些新興技術(shù)及手段（尤其是在油井開采過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、無(wú)線傳輸以及遠(yuǎn)程控制等環(huán)節(jié)進(jìn)行了較多的現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)和實(shí)際應(yīng)用），為油田注水井的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)提供了可靠的保障[1]。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，注水井與油井是有很大不同的，例如水井的現(xiàn)場(chǎng)大多數(shù)都是沒有電力線路通過的井場(chǎng)，缺少電力支持，也就沒有設(shè)備供電系統(tǒng)的保障；其次，智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是以調(diào)節(jié)閥門的開度來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，真正的智能技術(shù)其實(shí)還是反應(yīng)在注水量的實(shí)時(shí)調(diào)控上，通過調(diào)節(jié)注水量來(lái)達(dá)到單井需要的注水壓力，閥門開度的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能是整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)技術(shù)環(huán)節(jié)，對(duì)壓力等一系列數(shù)據(jù)的反饋及控制能力制定了更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)；另外，具有類似功能的水系統(tǒng)儀表，選擇跨度更寬泛，通用性超過了油井儀表，各類可應(yīng)用的儀表品牌數(shù)量多，雖然在資金控制上有一定優(yōu)勢(shì)，但卻難以實(shí)現(xiàn)一體化管理。

近年來(lái)，很多廠家基于目前的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，升級(jí)研發(fā)了注水井智能系統(tǒng)的軟、硬件配置，硬件結(jié)構(gòu)多采用整體安裝模式，數(shù)據(jù)信號(hào)采集裝置與通信裝置利用微功耗設(shè)備來(lái)配備，光能甚至蓄電池都可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間為其穩(wěn)定供電，井場(chǎng)缺乏電力設(shè)施的難題得以初步解決。整套系統(tǒng)應(yīng)用了最新的PID閉環(huán)回路控制技術(shù)，通過比較實(shí)時(shí)流量監(jiān)測(cè)數(shù)值與流量標(biāo)定值，當(dāng)實(shí)時(shí)流量與標(biāo)定值有差距時(shí)，開啟或關(guān)閉流量開關(guān)閥門，調(diào)整配注量以達(dá)到生產(chǎn)需求，在不間斷監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)過程中實(shí)現(xiàn)了智能化生產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，配備了完全標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一表頭，在硬件維護(hù)及保養(yǎng)的過程中，能夠真正做到互聯(lián)、互通、互換的標(biāo)準(zhǔn)化管理，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化配備有效保障了物聯(lián)網(wǎng)體系的自查能力，儀表在生產(chǎn)過程中的維護(hù)保養(yǎng)工作量大大降低。

2　智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的注水井智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[2]如圖1所示，無(wú)線壓力變送器、電源管理模塊、控制主機(jī)、報(bào)警系統(tǒng)、流量計(jì)、RTU分別與控制主機(jī)相連，光電隔離器、D/A轉(zhuǎn)換器、電機(jī)、智能控制調(diào)節(jié)閥依次相連，串口擴(kuò)展電路與RTU相連，GPRS模塊、上位機(jī)分別與串口擴(kuò)展電路相連，檢測(cè)處理的數(shù)據(jù)通過CDMAGPRS模塊傳回至油田企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)。

注水井每天所需的配注量，可以通過無(wú)線遠(yuǎn)傳的方式自行設(shè)定。日配水量等一系列相關(guān)數(shù)據(jù)由遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（RTU）通過無(wú)線信號(hào)獲取，根據(jù)差值大小來(lái)自動(dòng)調(diào)控閥門。在調(diào)控閥門的同時(shí)，將實(shí)時(shí)、總計(jì)流量數(shù)據(jù)以及單井壓力數(shù)據(jù)反饋至RTU，封存數(shù)據(jù)信息至生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。所獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過項(xiàng)目執(zhí)行控制系統(tǒng)（iPES）比對(duì)計(jì)算，生成相關(guān)生產(chǎn)報(bào)表并能夠呈現(xiàn)在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)頁(yè)面上，而用戶可以進(jìn)一步通過系統(tǒng)，提前設(shè)定單井所要求的日配注量，通過系統(tǒng)的循環(huán)計(jì)算方法，來(lái)完成流量的穩(wěn)定控制。

圖1　注水井智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3　智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可使注水井儀表設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，在實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的同時(shí)，對(duì)注水參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、記錄、存儲(chǔ)與發(fā)布，最終完成注水井的智能調(diào)配和精確注入，在基于遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)上，使智能監(jiān)測(cè)真正實(shí)現(xiàn)無(wú)限遠(yuǎn)傳和記錄[3]。

在數(shù)據(jù)傳輸和記錄的過程中，提高了注水井管理的自動(dòng)化水平以及智能化水平，使水井的管理和監(jiān)測(cè)能夠達(dá)到數(shù)字化和智能化的要求。

4　智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在油田中的應(yīng)用

將基于物聯(lián)網(wǎng)的注水井智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整合成一套完整的平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用[4]，實(shí)現(xiàn)了各類儀表的相互聯(lián)通、生產(chǎn)參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、配注量的實(shí)時(shí)調(diào)配、相關(guān)生產(chǎn)報(bào)表的自動(dòng)生成等一系列功能。由于該裝置具有遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)節(jié)功能，在未來(lái)的生產(chǎn)規(guī)劃上，可以適當(dāng)增加配水間內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的安裝量，以降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)管理成本。

采油六廠在2012年完成的底部進(jìn)線配水間設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，首次在單體配水間內(nèi)安裝了19套井口監(jiān)測(cè)裝置，并具備設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)及自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，其自動(dòng)化、智能化水平在日常生產(chǎn)過程中都有著充分的體現(xiàn)。另外，新疆油田等實(shí)驗(yàn)區(qū)也在論證監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用的可行性，并安裝過類似裝置，尤其是在偏遠(yuǎn)生產(chǎn)區(qū)，這類裝置的合理性和經(jīng)濟(jì)性得到了驗(yàn)證。通過近年來(lái)對(duì)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)研和比較，該系統(tǒng)的主要功能體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）無(wú)線傳輸是注水井遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)，正常運(yùn)行期間單井工況、數(shù)據(jù)可以自動(dòng)獲取和傳輸，在偏遠(yuǎn)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，維護(hù)人員能及時(shí)掌握水井的動(dòng)態(tài)變化，提高生產(chǎn)效率。

（2）配注過程可以實(shí)現(xiàn)恒流注水，系統(tǒng)通過運(yùn)行自動(dòng)計(jì)算和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)功能，使流量穩(wěn)定并能夠達(dá)到平穩(wěn)恒流注水。配注量調(diào)節(jié)精度的方式為無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)比對(duì)的同時(shí)能做到精確調(diào)節(jié)，誤差可以控制在1%以內(nèi)。

（3）基于B/S的系統(tǒng)查詢，是建立在數(shù)據(jù)庫(kù)之上的網(wǎng)頁(yè)瀏覽方式，查詢方式十分便捷，報(bào)表生成過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，單井單日配注量通過系統(tǒng)可以上傳、上報(bào)。

（4）供電方式通常為直流24V，可以由太陽(yáng)能電池供電，也可以通過附近井場(chǎng)變壓器電源配電，在現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程電腦上都能夠啟停系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)人工操控和調(diào)節(jié)。

5　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)目前注水井的現(xiàn)場(chǎng)情況及生產(chǎn)需求，注水井智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了注水參數(shù)的標(biāo)定及獲取、單井工況不間斷記錄、配注量的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度地減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，強(qiáng)化了生產(chǎn)信息的精確性，在技術(shù)手段上規(guī)避了人為誤操作的可能，提升了油田管理的自動(dòng)化水平，向全面建設(shè)數(shù)字化油田的大目標(biāo)邁近了一步。其技術(shù)逐漸完善，可在較大生產(chǎn)平臺(tái)上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置，自動(dòng)計(jì)算、調(diào)節(jié)，將記錄推近到單井井口，最終全面取消注水間人工管理，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程，減少維護(hù)及投資成本。另外，工藝流程的簡(jiǎn)化也就意味著壓力損失降低，能量消耗減少的同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在進(jìn)步和更新，遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)隨之逐年完善，完成生產(chǎn)系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的全面對(duì)接，主要是強(qiáng)化硬件自我修復(fù)能力，精確反饋設(shè)備實(shí)時(shí)故障，完善系統(tǒng)各方面能力配備，為整個(gè)油田系統(tǒng)的功能擴(kuò)展提供有效的保證。

[1]闞秀芹，李成武，郭雁，等．注水井智能一體化遠(yuǎn)程計(jì)量監(jiān)控裝置[J]．油氣田地面工程，2011，30（10）：62-63.

[2]侯培國(guó)，周朝霞，于國(guó)輝．油田注水井無(wú)線智能測(cè)控系統(tǒng)[J]．油氣田地面工程，2010，29（10）：50.

[3]李樹柏．注水系統(tǒng)小型站場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)[J]．油氣田地面工程，2013，32（11）：32.

[4]伊善利，周明卿，鮑秀華，等．注水參數(shù)自動(dòng)監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)[J]．油氣田地面工程，2012，31（3）：35.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.12.024

2015-03-17