孟令尊 張旭 邊向南

1大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠

2大慶油田裝備制造集團(tuán)

大慶油田采油六廠配注目前大部分處于日間人工調(diào)控、夜間無(wú)人管控的狀態(tài)，壓力波動(dòng)大、流量不穩(wěn)時(shí)調(diào)節(jié)次數(shù)多一些，配水流量控制不及時(shí)準(zhǔn)確。配水間注水閥組數(shù)量多、流量計(jì)和壓力表均為就地顯示、沒有信號(hào)變送輸出，這些原因是影響油田精細(xì)注水、有效注水的不利因素。

在夜間管網(wǎng)壓力穩(wěn)定的情況下，部分井的現(xiàn)場(chǎng)與報(bào)表注水量誤差、現(xiàn)場(chǎng)注水完成率兩項(xiàng)數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)不合格的情況，現(xiàn)場(chǎng)與報(bào)表注水量誤差不合格頻率為7.14%～13.95%，注水完成率不合格頻率為11.62%～42.86%。

在夜間管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定的情況下，大部分井現(xiàn)場(chǎng)油壓誤差、現(xiàn)場(chǎng)與報(bào)表注水量誤差、現(xiàn)場(chǎng)注水完成率會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，整體偏離配注要求。

在夏季夜間管網(wǎng)壓力下降的情況下，不能及時(shí)關(guān)閉油壓較高的井，保證油壓較低的井正常生產(chǎn)；在冬季夜間管網(wǎng)壓力下降的情況下，不能及時(shí)關(guān)小油壓較低的井，保證油壓較高的井管線不凍堵。

夜間管線穿孔，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力變化并及時(shí)關(guān)井，導(dǎo)致污水泄漏，造成環(huán)境污染。人工手動(dòng)調(diào)節(jié)高壓閥門存在安全隱患。

利用“工業(yè)機(jī)器人”技術(shù)概念開發(fā)的機(jī)械手調(diào)節(jié)裝置，具備常規(guī)技術(shù)（電動(dòng)閥和SCADA）所沒有的諸多優(yōu)勢(shì)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，完全可以成為配水間智能化調(diào)節(jié)的新型解決方案。

1 技術(shù)特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動(dòng)化裝備的典型代表，集機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能、通信與網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體。配水間機(jī)械手調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在原有閥組工藝全部保留的情況下進(jìn)行的無(wú)損化改造，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，安裝過(guò)程中無(wú)需關(guān)井停產(chǎn)，不影響注入時(shí)率，當(dāng)有需要或必要時(shí)又可恢復(fù)為人工調(diào)節(jié)，相當(dāng)于多了一套冗余設(shè)備（圖1）。

圖1 油田配水間智能化機(jī)械手控制過(guò)程流程圖Fig.1 Process flow diagram of intelligent manipulator control in oilfield water allocation room

一個(gè)機(jī)械手可以同時(shí)管理和調(diào)節(jié)幾十個(gè)閥組，設(shè)備利用率高，所配置的可編程邏輯控制器（PLC）功能強(qiáng)大，可完成數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算控制、伺服控制、報(bào)警提示功能等，根據(jù)整個(gè)配水間的壓力流量數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能化控制調(diào)節(jié)，通過(guò)優(yōu)化算法和路徑，使調(diào)節(jié)更高效并降低成本。

現(xiàn)有配水間閥組為非線性閘閥，人工手動(dòng)很難掌握好細(xì)微尺度，操作人員邊看水表邊調(diào)節(jié)，可能越調(diào)越亂。機(jī)械手調(diào)節(jié)系統(tǒng)把干線壓力信號(hào)、各支線壓力及流量信號(hào)引入，采用伺服控制，對(duì)速度和進(jìn)程調(diào)節(jié)更精細(xì)，控制定位精度更高，效果是人手難以做到的。

在系統(tǒng)組態(tài)畫面上觀察整個(gè)配水間工藝動(dòng)態(tài)一目了然，每口井什么時(shí)候調(diào)節(jié)，每天調(diào)節(jié)幾次，都有記錄并可生成多種運(yùn)行曲線，并可在壓力異常時(shí)發(fā)送報(bào)警[1]。

Research on properties and application of disodium cocoyl glutamate 8 23

機(jī)械手配水調(diào)節(jié)系統(tǒng)集自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化一體，在保留原工藝基礎(chǔ)上，具有無(wú)損化改造、降低成本、調(diào)節(jié)精度更高、長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的特點(diǎn)。

2 運(yùn)行指標(biāo)

采油六廠1-6配水間共有17口分層管柱井，相鄰間距580 mm，站內(nèi)為水泥地面，閥門高度為720 m（圖2）。

圖2 配水間安裝平面圖Fig.2 Layout plan of water allocation room installation

使用一套機(jī)械手智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)其中10 口分層管柱井進(jìn)行管控調(diào)節(jié)（圖3），2019年12月15日正式運(yùn)行至今。具體性能指標(biāo)如下：

圖3 機(jī)械手一天調(diào)節(jié)圖Fig.3 Manipulator adjustment in one day

（1）現(xiàn)場(chǎng)原有工藝不動(dòng)，就地加裝一套機(jī)械手系統(tǒng)，運(yùn)行軌道長(zhǎng)度6 m，水平垂直旋轉(zhuǎn)三軸關(guān)節(jié)，采用浮動(dòng)手指設(shè)計(jì)。

（2）機(jī)械手最大輸出扭矩達(dá)200 Nm，現(xiàn)場(chǎng)閥門平均扭力為30 Nm，最大扭力為80 Nm，可以完成全覆蓋調(diào)節(jié)。

（3）機(jī)械手運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)，有燈光閃爍以及聲音提示，完成調(diào)節(jié)后返回初始位置待機(jī)，報(bào)警關(guān)閉。

（4）注水管理要求誤差不超過(guò)±15%，機(jī)械手調(diào)節(jié)達(dá)到±5%以內(nèi)，在10～15 min內(nèi)完成調(diào)整。

（5）設(shè)定壓力點(diǎn)，壓力在±1 MPa 區(qū)間內(nèi)為正常，區(qū)間外視為壓力異常，觸發(fā)聲光和畫面報(bào)警。

（6）建立數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以日?qǐng)?bào)表模式顯示，可生成各趨勢(shì)曲線。

3 比較優(yōu)勢(shì)

采用常規(guī)技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)配水間自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，如在單井上加電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行比例積分、微分（PID）調(diào)節(jié)，但配注工況很多時(shí)候是穩(wěn)定狀態(tài)，并不需要頻繁調(diào)節(jié)。當(dāng)干線壓力波動(dòng)時(shí)，更需要做一個(gè)綜合考量，而不是各個(gè)單井就地進(jìn)行PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，而且高壓狀態(tài)下頻繁動(dòng)作還容易造成閥門損壞，如某油田單井每年僅維修費(fèi)編列預(yù)算6 000元，這是一筆不小的開支。全部改造加裝調(diào)節(jié)閥，設(shè)備利用率低，一次性投入大，現(xiàn)場(chǎng)改動(dòng)量大，改造費(fèi)用也大[2]。

機(jī)械手系統(tǒng)可以對(duì)幾十口井進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)，設(shè)備利用率高，運(yùn)行可靠，同時(shí)PLC還有進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理、遠(yuǎn)傳等功能，相當(dāng)于給配水間加了一套可作為數(shù)字化基礎(chǔ)的PLC系統(tǒng)。在一次性投入方面要比常規(guī)技術(shù)方式節(jié)省三分之一左右的費(fèi)用，現(xiàn)場(chǎng)改造費(fèi)用低，在運(yùn)行維護(hù)上定期搽油防銹即可，沒有其他費(fèi)用[3-8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，在三種工況內(nèi)最有發(fā)展?jié)摿矗喝瞬荒芨傻摹⑷烁刹缓玫暮腿瞬辉敢飧傻?。配水調(diào)節(jié)需要全天連續(xù)操作，夜間值班更辛苦，屬于后兩種情況兼而有之。

機(jī)器人不是簡(jiǎn)單代替人工勞動(dòng)，而是一種能夠結(jié)合人的優(yōu)勢(shì)（即分析判斷、快速響應(yīng)變化能力）以及機(jī)器優(yōu)勢(shì)（即高精度、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和環(huán)境耐受能力強(qiáng)）的自動(dòng)化設(shè)備，在調(diào)節(jié)過(guò)程中可以不停頓、不休息，讓工作變得更科學(xué)。

配水間機(jī)械手將工業(yè)機(jī)器人的概念應(yīng)用到配注工藝領(lǐng)域，屬于業(yè)內(nèi)首創(chuàng)，未來(lái)不會(huì)僅局限于配注工藝，在油田各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中都會(huì)具有廣泛的應(yīng)用前景[9-10]。