摘要：本文從大港油田采油三廠(chǎng)注水井的自動(dòng)化發(fā)展，介紹了微功耗注水井采集系統和可調節注水井采集控制系統，對兩套系統的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)；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(lái)向油層注水的井。在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，隨著(zhù)開(kāi)采時(shí)間的增長(cháng)，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(guò)專(zhuān)門(mén)的注水井將水注入油藏，保持或恢復油層壓力，使油藏有較強的驅動(dòng)力，以提高油藏的開(kāi)采速度和采收率。

    一直以來(lái)，注水井生產(chǎn)都采用人工調節方式來(lái)控制單井注水量。由于注水井分布較為分散，環(huán)境復雜，隨著(zhù)油田的深入開(kāi)發(fā)，注水井所占比例越來(lái)越大，原始的人工巡查方式需要投入的人工成本越來(lái)越高，現實(shí)中常常不能及時(shí)發(fā)現和解決現場(chǎng)問(wèn)題，各大油田都開(kāi)始考慮自動(dòng)化在注水井上的應用。大港油田采油三廠(chǎng)在2008年開(kāi)始了注水井自動(dòng)化改造方面的嘗試，來(lái)減輕油田采油工的工作量。

    2 微功耗注水井

    2.1 系統簡(jiǎn)介

    北京安控科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)安控科技）結合采油三廠(chǎng)的情況及油田的需求，開(kāi)發(fā)了最初的微功耗注水井采集器，和原有的油井自動(dòng)化采集系統相結合，開(kāi)發(fā)了新的系統，該系統組成現場(chǎng)以微功耗采集控制器LP201為核心，通過(guò)短距離無(wú)線(xiàn)方式采集注水瞬時(shí)流量、累積流量及井口油壓、套壓，現場(chǎng)采集終端再將瞬時(shí)流量、累積流量、油管壓力、套管壓力等數據通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )回傳至數據處理發(fā)布服務(wù)器，在油水井服務(wù)器端自動(dòng)生成即時(shí)數據和相關(guān)報表并通過(guò)油田局域網(wǎng)發(fā)布。如圖1所示。
  
                   
                                    圖1 微功耗注水井

    2.2 系統組成

    該現場(chǎng)采集終端RTU使用微功耗設計，并且充分利用休眠機制，最大限度降低系統耗電，保證了長(cháng)期平穩運行通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現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據發(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(lái)的數據解析處理后存到數據庫中。

    后臺服務(wù)器平臺將現場(chǎng)監控終端采集的數據進(jìn)行工況分析、超限報警、注水量計算、報表、曲線(xiàn)、圖示等數據統計，Web發(fā)布系統根據系統設定的權限和管理范圍，對管理的水井進(jìn)行定制查詢(xún)和統計、展示水井的相關(guān)曲線(xiàn)和報表報警信息的查詢(xún)等。Web發(fā)布的數據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行參數。

    2.3 系統特點(diǎn)

    這套系統特點(diǎn)較為鮮明：

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

    （2）現場(chǎng)設有顯示屏及簡(jiǎn)易鍵盤(pán)，方便油田工作人員查看數據及設備的工作狀態(tài)。

    （3）現場(chǎng)數據采用了短距離無(wú)線(xiàn)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(lái)的不必要的麻煩。

    （4）相對于人工報表方式，數據更加真實(shí)可靠，且數據的時(shí)效性更好。網(wǎng)頁(yè)方式的數據查詢(xún)也更加方便。

    但該系統也有較多的不足：

    該系統只有單純的數據采集功能，對于注水量的調整還必須由工作人員到井口完成調節工作，只是與原有采油工巡井方式相輔助，但并沒(méi)有真正意義上的降低油田工人的勞動(dòng)量?，F場(chǎng)控制器設有顯示小屏及簡(jiǎn)易鍵盤(pán)，可以隨時(shí)查看各個(gè)儀表數據，并手動(dòng)刷新實(shí)時(shí)數據。但是，由于考慮成本及注水井井口多數無(wú)供電的實(shí)際情況設計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，該系統大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)，只在到達設定采集時(shí)間間隔之后,RTU才會(huì )切換至工作模式，開(kāi)始現場(chǎng)各個(gè)儀表數據采集工作，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)數據變得難以實(shí)現。為此，公司開(kāi)始了可調節注水井的開(kāi)發(fā)試驗工作。

    3 可調節注水井

    3.1 系統簡(jiǎn)介

    可調節注水井根據微功耗注水井的不足對系統的設計進(jìn)行了相應更改。流量計設計上使用了智能控制流量計，可以根據設定的流量對現場(chǎng)閥門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行調節，相比人工調節，更為及時(shí)準確，大大降低了人工成本。在系統設計上采用了太陽(yáng)能電池供電，保證了電動(dòng)調節閥的供電，在工作模式上摒棄了原有的休眠工作模式，用戶(hù)可以更方便的遠程獲取油井實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。油田最終用戶(hù)除了可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的方式查看數據和報表之外，還可以使用注水井管理軟件刷新實(shí)時(shí)數據，更改設計流量值等操作，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(yáng)能電池板。
  
             
                                 圖2 可調節注水井RTU

    3.2 系統組成

    可調節注水井主要的系統組成與原有的微功耗水井工作模式類(lèi)似，主要分為兩大部分：井口設備，后臺服務(wù)器平臺。圖3為虛線(xiàn)框中部分為井口設備框圖。井口設備根據現場(chǎng)采集點(diǎn)數不同，所需安裝的設備數量有所差距。
   
                  
                                  圖3 可調節注水井系統框圖

    井口設備主要有現場(chǎng)控制器RTU（遠程控制終端）、無(wú)線(xiàn)壓力變送器、智能流量控制器、流量計、供電系統等。后臺服務(wù)器平臺有水井數據采集控制軟件、Web發(fā)布軟件以及注水井水量調節軟件等組成。

    現場(chǎng)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(mén)設計，帶防水帽，適合室外安裝。小屏鍵盤(pán)相比微功耗水井控制器LP201簡(jiǎn)易小屏鍵盤(pán)外可以顯示更多內容，操作更為方便快捷。實(shí)際注水井生產(chǎn)時(shí)，除了籠統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(zhuān)多個(gè)智能調節流量計，不僅可以適合分注水井，對于距離近的多口注水調節井，可以一套設備同時(shí)驅動(dòng)。如圖4所示?，F場(chǎng)儀表采用了短距離無(wú)線(xiàn)方式傳輸方式，選用了安控科技的SZ903無(wú)線(xiàn)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，還可以根據生產(chǎn)需要對無(wú)線(xiàn)傳感器掃描時(shí)間進(jìn)行設置。電池等信息也上傳給控制器，上位機可以根據電池情況進(jìn)行相關(guān)報警等。如圖5所示。

      
                              圖5 SZ903無(wú)線(xiàn)壓力傳感器

    3.3 功能介紹

    可調節注水井主要功能有：

    （1）注水井各數據點(diǎn)數據采集，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）現場(chǎng)流量控制，根據設定流量對閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行相應調整，使得現場(chǎng)實(shí)際流量符合注水井的配注要求。

    （3）遠程設定流量、遠程開(kāi)關(guān)閥等功能。

    具體的調節過(guò)程如下，通過(guò)遠程設置和現場(chǎng)調控兩種方式設置水井的配注量，流量計將實(shí)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(jìn)行對比，如果未達配注量允許的范圍內，控制器下達指令給流量調節機構，調整閥門(mén)開(kāi)度，重復以上操作，直到閥門(mén)流量到達設定流量的誤差區間，控制器不再進(jìn)行調節，從而完成一次調節過(guò)程。如圖6所示。

    此外，還根據原有微功耗注水井采集系統運行中發(fā)現的小問(wèn)題，對新系統的工作模式進(jìn)行了改進(jìn)。

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

    （2）除了使用RTU進(jìn)行流量調節，還可以使用磁筆在不打開(kāi)智能流量控制器外蓋的情況下對注水流量進(jìn)行修改，使得現場(chǎng)操作更加方便。

    后臺服務(wù)器平臺則實(shí)現了如下功能：
           
                
                            圖6 智能流量控制器調節過(guò)程

    （1）根據用戶(hù)需要對RTU各項數據采集并進(jìn)行存儲工作。

    （2）通過(guò)GPRS方式與現場(chǎng)RTU進(jìn)行通訊，遠程調整配注量，遠程開(kāi)關(guān)閥等。

    （3）對采集的數據分別存儲，進(jìn)行發(fā)布工作，油田相關(guān)工作人員可通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)相關(guān)頁(yè)面獲得數據報表等。

    （4）通過(guò)對采集來(lái)的數據分析，判斷井的運行狀態(tài)。

    （5）現場(chǎng)RTU各項參數的報警信息的發(fā)布處理。

    （6）作業(yè)區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(jìn)行調節。通過(guò)報警軟件的終端獲取最新的報警信息。

    Web發(fā)布根據較原有微功耗水井新增了油管調節次數、油管閥門(mén)開(kāi)度、套管調節次數、套管閥門(mén)開(kāi)度等內容。

    4 結語(yǔ)

    油田的深入開(kāi)發(fā)離不開(kāi)注水系統和注水井，以前依靠采油工井場(chǎng)開(kāi)閉、調節閥門(mén)的方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足油田的實(shí)際生產(chǎn)需要，可調節注水井的推廣和應用更好的滿(mǎn)足了油田在注水方面的需求，既保證了注水量的準確性，調控的及時(shí)性，也大大降低了采油工人的勞動(dòng)強度，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)現了油田的簡(jiǎn)化優(yōu)化目標。

      摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第四期