雷創(chuàng)

中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司，河北任丘 062552

注水系統(tǒng)的在線診斷技術(shù)

雷創(chuàng)

中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司，河北任丘 062552

多年來，注水系統(tǒng)的運(yùn)行主要依靠管理人員的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來實(shí)施，無法保證注水系統(tǒng)在優(yōu)化狀況下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)注水系統(tǒng)的在線診斷是解決上述問題的重要途徑。首先介紹了在線診斷技術(shù)的思路和診斷系統(tǒng)的構(gòu)成，而后論述了變送儀表的微功耗無線數(shù)據(jù)采集、基于RTU的配水間無線數(shù)據(jù)集成監(jiān)控、異構(gòu)通訊模式下的集中監(jiān)控、儀器儀表的管理、注水?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)管理平臺(tái)的開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，分析了在線診斷技術(shù)在工程中實(shí)施的效果。實(shí)踐表明，通過該項(xiàng)技術(shù)在車城油田5個(gè)注水站14臺(tái)注水泵的應(yīng)用，注水系統(tǒng)效率較應(yīng)用前提高了0.35個(gè)百分點(diǎn)，注水單耗降低了0.06 kW·h/m3，每年可節(jié)約注水成本2.2萬元，節(jié)約人工測(cè)試成本10萬元，合計(jì)每年節(jié)約成本12.2萬元。

注水系統(tǒng)；在線診斷；注水效率；能耗

注水系統(tǒng)是指注入水經(jīng)機(jī)泵、注水管道、配水間輸送到注水井井口的全流程。系統(tǒng)中的能量變化首先是電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)換為勢(shì)能，從而實(shí)現(xiàn)把水注入到地層的目的[1]。多年來，注水系統(tǒng)的運(yùn)行主要依靠管理人員的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來實(shí)施，無法保證注水系統(tǒng)在優(yōu)化狀況下運(yùn)行，造成生產(chǎn)方案不盡合理，且得不到及時(shí)調(diào)整，致使注水系統(tǒng)效率低，注水單耗高。實(shí)現(xiàn)注水系統(tǒng)的在線診斷是解決上述問題的重要途徑。

1 在線診斷技術(shù)思路

將整個(gè)注水系統(tǒng)劃分為注水站、配水間、單井三個(gè)節(jié)點(diǎn)。對(duì)于注水站，通過對(duì)注水泵進(jìn)出口壓力、注水泵電參量、注水泵進(jìn)出口注水量信息的采集、分析，實(shí)現(xiàn)注水泵工況的在線診斷[2-3]。對(duì)于配水間，通過對(duì)來水匯管壓力、來水水量、單井注水量、單井配水間壓力信息的采集、分析，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)效率的在線診斷。對(duì)于注水井，通過對(duì)配水間單井注水量、壓力模擬計(jì)算，井口壓力信息的采集、分析，實(shí)現(xiàn)單井注水狀態(tài)的分析。通過對(duì)采集、計(jì)算得到的三個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)注水系統(tǒng)的在線檢測(cè)。

2 在線診斷系統(tǒng)的構(gòu)成

注水系統(tǒng)在線診斷系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)采集系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、后期數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成，見圖1。

（1）采集系統(tǒng)。由注水計(jì)量儀表、壓力變送器、電參量采集模塊組成采集系統(tǒng)，見圖2。注水計(jì)量儀表選用具有遠(yuǎn)傳功能、無可動(dòng)部件、性能穩(wěn)定、精度高的旋渦流量計(jì)，選用具備遠(yuǎn)傳功能的壓力變送器，選用具有有功功率、無功功率、功率因數(shù)等電參量計(jì)算功能的電參量采集模塊。

圖1 注水系統(tǒng)在線診斷系統(tǒng)示意

圖2 注水配水間采集現(xiàn)場(chǎng)

（2）無線傳輸系統(tǒng)。微功耗無線采集模塊將采集的數(shù)據(jù)通過本地RTU、電臺(tái)、光纖、網(wǎng)絡(luò)傳輸至后期處理系統(tǒng)。

（3）后期處理系統(tǒng)。采集數(shù)據(jù)進(jìn)入后期處理系統(tǒng)后，先分類存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫，而后通過數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行調(diào)用、計(jì)算，顯示單井、管網(wǎng)、機(jī)組的實(shí)時(shí)狀況，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定期匯總分析，通過分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)注水過程異常情況，及時(shí)調(diào)整和采取措施，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)注水過程的精細(xì)管理[4]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 變送儀表的微功耗無線采集

采用微功耗處理器以及高占空比的程序控制，通過定時(shí)直接讀取指定地址數(shù)據(jù)的方式，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)的采集。通過流量計(jì)量采用通用采集模塊+電子流量計(jì)方式（見圖3（a）），壓力計(jì)量采用嵌入模塊+壓力變送器方式（見圖3（b））來采集注水量和管道壓力，克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的不可持續(xù)性、測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差、橋架線纜材料消耗大的問題[5-7]。

3.2 基于RTU的配水間無線數(shù)據(jù)集成監(jiān)控

圖3 變送儀表的微功耗無線采集

將油井監(jiān)控RTU控制器進(jìn)行升級(jí)和簡化。一是改進(jìn)地址功能，支持MODBUS通訊協(xié)議，提供不同變送器的統(tǒng)一尋址方式。二是重配采集功能，通過子地址進(jìn)行屬性配置、功能設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)變送器的屬性區(qū)分。三是開發(fā)型號(hào)選擇、應(yīng)答模式、上報(bào)周期等功能，使常用的流量、壓力變送器可以方便接入，并按照實(shí)際需求進(jìn)行采集周期的設(shè)置。四是對(duì)配水間采集控制柜進(jìn)行優(yōu)化，將體積縮小為油井RTU控制柜體積的1/3左右，為快速安裝、調(diào)試和移動(dòng)復(fù)用創(chuàng)造便利，解決了采集儀表配置、管理和參數(shù)集成、上傳問題。

3.3 異構(gòu)通訊模式下的集中監(jiān)控

在電參量采集方面，對(duì)電量采集模塊進(jìn)行配置，選用支持MODBUS-RTU協(xié)議的RS485接口，對(duì)無線數(shù)傳電臺(tái)、串口服務(wù)器、信號(hào)線纜等不同方式進(jìn)行組合，達(dá)到電參量采集的監(jiān)測(cè)要求。

在數(shù)據(jù)復(fù)用方面，利用INTOUCH監(jiān)控系統(tǒng)軟件的組態(tài)功能和數(shù)據(jù)庫功能，對(duì)需復(fù)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新編碼，保證了數(shù)據(jù)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了電參量采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)一發(fā)布與存儲(chǔ)。

3.4 儀器儀表管理

基于SQL SERVER2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)了“儀器儀表管理平臺(tái)”，使用VS2008進(jìn)行開發(fā)架構(gòu)，建立多單位、多用戶管理的儀器儀表資料網(wǎng)絡(luò)化管理平臺(tái)，設(shè)計(jì)快速提取、分析與各個(gè)采油作業(yè)區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫相連的點(diǎn)位與儀表運(yùn)行狀態(tài)的模型，實(shí)時(shí)診斷檢測(cè)各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)施集成基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施管理、監(jiān)控點(diǎn)位管理、歷史數(shù)據(jù)追溯、越限報(bào)警提示、數(shù)據(jù)質(zhì)量分析等功能。

3.5 注水?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)管理平臺(tái)的開發(fā)

注水?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了注水過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)分析和注水系統(tǒng)效率在線測(cè)試，縮短了發(fā)現(xiàn)異常和采取措施時(shí)間，降低了人工錄取、測(cè)試工作量，提高了注水過程的精細(xì)管理水平[8-10]。

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析。通過實(shí)時(shí)錄取單井配水間壓力、瞬時(shí)流量、累積流量，結(jié)合地質(zhì)日配注算出的合理流量，當(dāng)瞬時(shí)流量不能滿足或超過合理流量時(shí)提示員工注水異常，員工根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)節(jié)注水量或采取其他措施。

（2）階段數(shù)據(jù)分析。圍繞注水日常管理需求，按作業(yè)區(qū)、區(qū)塊對(duì)單井超欠注、注水情況進(jìn)行階段統(tǒng)計(jì)，方便工區(qū)管理人員對(duì)各區(qū)塊、單井注水情況進(jìn)行分析。

（3）綜合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)注水管理需要，按階段計(jì)算各作業(yè)區(qū)單位時(shí)間內(nèi)的日注、日配、生產(chǎn)天數(shù)、平均日注、完成百分比，并統(tǒng)計(jì)了各作業(yè)區(qū)的總井?dāng)?shù)、開井?dāng)?shù)和注水合格井?dāng)?shù)，方便廠級(jí)管理人員及時(shí)掌握各單位的注水情況。

（4）系統(tǒng)效率在線計(jì)算。利用采集的電參量、壓力、流量等參數(shù)，通過軟件模擬計(jì)算出井口壓力，實(shí)現(xiàn)注水系統(tǒng)效率的在線計(jì)算，減少人工測(cè)試工作量。

4 實(shí)施效果

目前該項(xiàng)技術(shù)在車城油田的5個(gè)注水站的14臺(tái)注水泵進(jìn)行了應(yīng)用，通過實(shí)施數(shù)據(jù)分析，及時(shí)提示各項(xiàng)參數(shù)，注水系統(tǒng)效率達(dá)到54.35%、注水單耗達(dá)到6.34 kW·h/m3，較 2014年注水系統(tǒng)效率提高了0.35%，注水單耗降低了0.06 kW·h/m3，按車城油田日均注水0.13萬m3計(jì)，電價(jià)按0.77元/（kW·h）算，則日節(jié)約用電合人民幣60.06元，每年可節(jié)約注水成本2.2萬元，同時(shí)節(jié)約了人工測(cè)試成本10萬元，合計(jì)每年節(jié)約成本12.2萬元。

5 結(jié)束語

（1）注水計(jì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控較好地解決了人工錄取注水量資料的繁瑣，資料真實(shí)性更強(qiáng)，同時(shí)縮短了發(fā)現(xiàn)注水異常情況和解決問題的時(shí)間。

（2）通過對(duì)注水泵電參量和管網(wǎng)壓力的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)了注水泵、注水管網(wǎng)工況的實(shí)時(shí)分析以及注水系統(tǒng)效率的在線測(cè)試，縮小了人工測(cè)試的工作量。

（3）注水實(shí)時(shí)管理平臺(tái)的開發(fā)為日常管理以及地質(zhì)動(dòng)態(tài)分析提供了便利，進(jìn)一步提高了注水過程的精細(xì)管理水平。

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Research and application ofonline diagnosis technologyfor water injection system

LEIChuang
PetroChina HuabeiOilfield Company，Renqiu 062552，China

Water injection system running relies mainly on knowledge and experience.It is difficult to ensure the water injection system to run in optimization condition.Realizing online diagnosis for water injection system is the important way to solve the problem.This paper introduces the technical thoughts of the water injection system and the system configuration，and describes key techniques such as micro energy consumption wireless data acquisition transmitter，wireless data integral monitoring of water distribution room based on RTU，centralized monitoring in heterogeneous communication mode，instrumentation management，development of real-time water injection data management platform，then analyzes implementation effect of the online diagnosis system in engineering project.The application of the system in 14 water injection pumps of 5 water injection stations in Cecheng Oilfield enables the water injection system efficiency to raise 0.35%and energy consumption to reduce 0.06 kW·h/m3，and totalcost to save 122 000 yuan/a.

water injection system；online diagnosis；water injection efficiency；energy consumption

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.014

雷 創(chuàng)（1985-），男，陜西高陵人，工程師，2009年畢業(yè)于長江大學(xué)石油工程專業(yè)，主要從事油氣田開發(fā)技術(shù)研究及管理工作。

2016-12-12

Email：cy5_lchuang@petrochina.com.cn