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案例頻道 摘要：本文從大港油田采油三廠注水井的自動化發展，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，對兩套系統的優缺點進行了比較。
關鍵詞：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，保持或恢復油層壓力，使油藏有較強的驅動力，以提高油藏的開采速度和采收率。
一直以來，注水井生產都采用人工調節方式來控制單井注水量。由于注水井分布較為分散，環境復雜，隨著油田的深入開發，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，現實中常常不能及時發現和解決現場問題，各大油田都開始考慮自動化在注水井上的應用。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 系統簡介
北京安控科技股份有限公司（以下簡稱安控科技）結合采油三廠的情況及油田的需求，開發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相結合，開發了新的系統，該系統組成現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、套管壓力等數據通過GPRS網絡回傳至數據處理發布服務器，在油水井服務器端自動生成即時數據和相關報表并通過油田局域網發布。如圖1所示。
圖1 微功耗注水井
2.2 系統組成
該現場采集終端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，保證了長期平穩運行通過GPRS網絡，實現采集終端和采集服務器的雙向通訊，一方面采集終端將采集的數據發送到采集服務器；另一方面，采集服務器將命令發送到采集終端，采集服務器將終端傳上來的數據解析處理后存到數據庫中。
后臺服務器平臺將現場監控終端采集的數據進行工況分析、超限報警、注水量計算、報表、曲線、圖示等數據統計，Web發布系統根據系統設定的權限和管理范圍，對管理的水井進行定制查詢和統計、展示水井的相關曲線和報表報警信息的查詢等。Web發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。
2.3 系統特點
這套系統特點較為鮮明：
（1）使用微功耗控制器為核心，供電方式為電池，可以適應注水井井口大部分沒有電源的安裝環境。
（2）現場設有顯示屏及簡易鍵盤，方便油田工作人員查看數據及設備的工作狀態。
（3）現場數據采用了短距離無線的傳輸方式，避免修井作業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，數據更加真實可靠，且數據的時效性更好。網頁方式的數據查詢也更加方便。
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，但并沒有真正意義上的降低油田工人的勞動量。現場控制器設有顯示小屏及簡易鍵盤，可以隨時查看各個儀表數據，并手動刷新實時數據。但是，由于考慮成本及注水井井口多數無供電的實際情況設計采用了電池供電模式，為了降低功耗，保證電池的使用時間，該系統大部分時間處于休眠狀態，只在到達設定采集時間間隔之后,RTU才會切換至工作模式，開始現場各個儀表數據采集工作，完成之后，再次切換至休眠模式，所以想在中控室隨時得到水井實時數據變得難以實現。為此，公司開始了可調節注水井的開發試驗工作。
3 可調節注水井
3.1 系統簡介
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閥門的開度進行調節，相比人工調節，更為及時準確，大大降低了人工成本。在系統設計上采用了太陽能電池供電，保證了電動調節閥的供電，在工作模式上摒棄了原有的休眠工作模式，用戶可以更方便的遠程獲取油井實時工作狀態。油田最終用戶除了可以通過網頁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時數據，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似，主要分為兩大部分：井口設備，后臺服務器平臺。圖3為虛線框中部分為井口設備框圖。井口設備根據現場采集點數不同，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、供電系統等。后臺服務器平臺有水井數據采集控制軟件、Web發布軟件以及注水井水量調節軟件等組成。
現場控制器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容，操作更為方便快捷。實際注水井生產時，除了籠統注水井油田還有很多分注水井，E5522控制器可以同時帶
圖4 安控科技E5522控制器
G-專多個智能調節流量計，不僅可以適合分注水井，對于距離近的多口注水調節井，可以一套設備同時驅動。如圖4所示。現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，還可以根據生產需要對無線傳感器掃描時間進行設置。電池等信息也上傳給控制器，上位機可以根據電池情況進行相關報警等。如圖5所示。
圖5 SZ903無線壓力傳感器
3.3 功能介紹
可調節注水井主要功能有：
（1）注水井各數據點數據采集，包括油管壓力、套管壓力、油管瞬時流量、油管累積流量等。
（2）現場流量控制，根據設定流量對閥門開度進行相應調整，使得現場實際流量符合注水井的配注要求。
（3）遠程設定流量、遠程開關閥等功能。
具體的調節過程如下，通過遠程設置和現場調控兩種方式設置水井的配注量，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，控制器下達指令給流量調節機構，調整閥門開度，重復以上操作，直到閥門流量到達設定流量的誤差區間，控制器不再進行調節，從而完成一次調節過程。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現的小問題，對新系統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、智能流量控制器等設備供電。
（2）除了使用RTU進行流量調節，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，使得現場操作更加方便。
后臺服務器平臺則實現了如下功能：
圖6 智能流量控制器調節過程
（1）根據用戶需要對RTU各項數據采集并進行存儲工作。
（2）通過GPRS方式與現場RTU進行通訊，遠程調整配注量，遠程開關閥等。
（3）對采集的數據分別存儲，進行發布工作，油田相關工作人員可通過訪問相關頁面獲得數據報表等。
（4）通過對采集來的數據分析，判斷井的運行狀態。
（5）現場RTU各項參數的報警信息的發布處理。
（6）作業區或管理站的工作人員可以利用相關終端軟件，對注水井的配注量進行調節。通過報警軟件的終端獲取最新的報警信息。
Web發布根據較原有微功耗水井新增了油管調節次數、油管閥門開度、套管調節次數、套管閥門開度等內容。
4 結語
油田的深入開發離不開注水系統和注水井，以前依靠采油工井場開閉、調節閥門的方式已經無法滿足油田的實際生產需要，可調節注水井的推廣和應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確性，調控的及時性，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，實現了油田的簡化優化目標。
摘自《自動化博覽》2011年第四期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號