油田水處理自動控制系統(tǒng)

余戰(zhàn)波

重慶三峽職業(yè)學(xué)院

油田水處理自動控制系統(tǒng)包括水源、注水站、配水間、注水井以及注水管網(wǎng)等，其中管網(wǎng)結(jié)構(gòu)是重要的組成部分之一，生產(chǎn)過程中它與注水站、配水間等有著緊密的聯(lián)系。為了提高能源的利用率，很多油田企業(yè)對地面系統(tǒng)進行簡化和優(yōu)化。選擇注水溫度儀表時，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)介質(zhì)的溫度變化范圍，儀表所需的安裝位置，儀表的操作條件等來進行。選擇注水流量儀表時，螺翼式水表以及高壓水表可以作為就地流量計量儀表。隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)成本在不斷降低，采用變頻器進行注水電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可以對泵出口流量進行控制。

水處理系統(tǒng)；自動控制；流程；管網(wǎng)結(jié)構(gòu)

在油田的開發(fā)與生產(chǎn)過程中，注水系統(tǒng)能夠為其補充必要的地下能量。對水處理系統(tǒng)進行分析，主要包括污水處理系統(tǒng)、供水和注水泵系統(tǒng)、注水井系統(tǒng)以及網(wǎng)管等。對于油田生產(chǎn)來說，地面系統(tǒng)是重要的組成部分，在實際生產(chǎn)中常常會造成大量的能源浪費。為了改善這種現(xiàn)狀，提高能源的利用率，很多油田企業(yè)對地面系統(tǒng)進行了簡化和優(yōu)化。如在注水井系統(tǒng)中，注水泵站的水直接送至注水井口，將中間的一些配件環(huán)節(jié)全部停運。這樣一來，不僅大大減少了管道維護的工作量，而且提高了注水壓力。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

油田注水自動控制系統(tǒng)中包括水源、注水站、配水間、注水井以及注水管網(wǎng)等[1]。在注水系統(tǒng)中，注水站是最為核心的環(huán)節(jié)，它不僅擔(dān)負著存儲注水量，對注水量實施計量等任務(wù)，同時還要實現(xiàn)升壓、實施注水的一次分配以及監(jiān)控水質(zhì)等功能。配水間的主要任務(wù)是計量注水站的來水，實現(xiàn)有效的調(diào)節(jié)和控制功能。注水系統(tǒng)的末端是注水井口，其功能是向地下注水。圖1為注水自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。從圖1可以看出，注水自動控制系統(tǒng)是由節(jié)點單元和管道單元共同組成的流體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有復(fù)雜的特點。

2 注水流程

2.1 單管多井配水流程

圖1 注水自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

來自水源的水首先進入到水站中，經(jīng)過過濾、緩沖以及沉降等過程后，采用注水泵升壓；隨后通過出站的高壓閥組進行分配，進入到注水管網(wǎng)中，通過配水間的控制和調(diào)節(jié)，最后進入到注水井中。這一流程的主要優(yōu)點在于：系統(tǒng)較為靈活，便于注水井網(wǎng)的調(diào)整，各注水井之間的干擾較小，在集中供熱上具有較大優(yōu)勢，也易于集中控制。

2.2 單管單井配水流程

在該流程中，來自水源的水首先進入到注水站中實現(xiàn)升壓，通過高壓閥組進行分配，進入到單干管以及單井配水間，在配水間中經(jīng)過控制和計量后送至注水井注入油層。該流程的主要優(yōu)點在于：①為每個注水井配置有一座配水間，管理較為靈活；②注水的支管較短，數(shù)量也較少，在進行T分層測試時較為方便，能夠節(jié)省投資。

3 注水壓力的控制

在油田地面管線以及相關(guān)設(shè)備的選擇中，注水壓力是很重要的參數(shù)?？梢詫⒂吞镒⑺譃閮煞N：早期注水以及二次采油注水[2]。其中，前者的主要目的是保證油層內(nèi)的壓力，實現(xiàn)穩(wěn)定的產(chǎn)出；后者的主要目的是在地層壓力下降停止自噴后，通過注水的方式置換出油層中的油，最終達到驅(qū)油的目的。計算注水壓力應(yīng)該從以下幾個方面進行考慮：①對于新開發(fā)的油田來說，缺乏必要的地質(zhì)資料，應(yīng)進行必要的注水試驗，通過對不同油層、區(qū)域的試注，取得每一層的注水壓力等資料；②借鑒相似油田的注入壓力，對油層的特點以及原油的特性等進行比較分析，選擇相似的油田注入壓力作為新開發(fā)的油田注入壓力初始值；③注水泵泵壓的確定，注水泵泵壓應(yīng)大于注水井的注入壓力和注水系統(tǒng)的地面損失壓力之和，即p泵≥p井+p損。

4 系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)

在油田的注水自動控制系統(tǒng)中，管網(wǎng)結(jié)構(gòu)是重要的組成部分之一，生產(chǎn)過程中它與注水站、配水間等有著緊密的聯(lián)系。雖然管網(wǎng)的布置多種多樣，但從本質(zhì)上看只有樹狀網(wǎng)以及環(huán)狀網(wǎng)兩種形式。對于樹狀網(wǎng)來說，從注水站到注水井的管線類似于樹枝，在供水可靠性上效果較差，其中的任何一根管線遭到破壞都會影響該管段的水流；對于環(huán)狀網(wǎng)來說，其管線被連接成環(huán)狀，當其中的某一根管線出現(xiàn)損壞，可以通過控制閥門將其與其他的管線隔離開來，便于檢修。但環(huán)狀網(wǎng)的造價要遠遠高于樹狀網(wǎng)。在布置注水管網(wǎng)時，要遵循安全供水、節(jié)約投資的原則，但這兩者往往是相互矛盾的，在實際中，可以先按照近期的規(guī)劃進行管網(wǎng)的預(yù)埋，當用水量增加后，再適當增加管線。

5 系統(tǒng)儀表的選擇

在注水自動控制系統(tǒng)中包含大量的儀器儀表，如溫度儀表、壓力儀表、流量計量儀表、液位儀表等[3]。合理選擇儀表也是重要環(huán)節(jié)之一。

選擇注水溫度儀表時，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)介質(zhì)的溫度變化范圍，儀表所需的安裝位置，儀表的操作條件等來進行。通常情況下，雙金屬溫度計以及玻璃液體溫度計適宜于就地顯示的場合；壓力式溫度計適宜于集中顯示的場合；熱電阻或熱電偶適宜于遠程顯示。

在選擇注水流量儀表時，螺翼式水表以及高壓水表可以作為就地流量計量儀表。在安裝時，應(yīng)注意將水表設(shè)置于水平管道上，并將標度盤向上，同時裝設(shè)相應(yīng)的截止閥。遠傳流量計量儀表的選擇范圍則廣泛得多，既可以選用渦輪流量計、旋渦流量計，也可以選用電磁流量計和超聲波流量計等。

渦輪流量計主要包括渦流流量計和積算儀。其工作原理是：流過管道的液體流量通過相應(yīng)的傳感器，其流量值被轉(zhuǎn)換成為脈沖信號，計算儀將這種脈沖信號累計起來，從而獲得液體的總量。旋渦流量計也被稱為卡門渦街流量計，其測量原理是：管道中的液體流經(jīng)旋渦發(fā)生體時，在旋渦發(fā)生體的前方和后方會出現(xiàn)卡門旋渦列，液體的流速越大，旋渦產(chǎn)生的頻率也會越大，通過測量這一頻率就能獲取流經(jīng)液體的相關(guān)信息。將測得的頻率經(jīng)過電子線路處理放大，通過顯示儀表可以顯示出液體流量的瞬時值。

隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)成本在不斷降低，采用變頻器進行注水電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可以對泵出口流量進行控制。

6 結(jié)語

針對注水自動控制系統(tǒng)在油田中的應(yīng)用進行研究，對其結(jié)構(gòu)組成進行了介紹，對自動注水流程、注水壓力以及油田注水網(wǎng)管的結(jié)構(gòu)進行了分析，最后對其儀表的選擇進行了闡述。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，注水自動控制系統(tǒng)的各項功能將會更加完善，能夠為油田的生產(chǎn)提供更大的幫助。

[1]畢效輝．自動控制理論[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，2007.

[2]檀朝東，羅曉明，檀朝鑾．油水井遠程監(jiān)控液量自動計量及分析系統(tǒng)[J]．石油礦場機械，2007，36（1）：49-52.

[3]楊建軍，劉揚，魏立新．基于改進遺傳算法的注水系統(tǒng)運行參數(shù)優(yōu)化[J]．石油礦場機械，2005，34（1）：35-38.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.045