李孝嶺,金先陶,譚永紅,母鵬彰(中海石油中國(guó)有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524000)
某油田注水系統(tǒng)主要流程為從海水提升泵上來的海水進(jìn)入粗過濾器,經(jīng)初步過濾后進(jìn)入細(xì)過濾器,進(jìn)一步精細(xì)過濾的海水進(jìn)入脫氧塔,通過真空泵使脫氧塔形成真空,經(jīng)脫氧后的海水進(jìn)入增壓泵增壓,被增壓到使海水的壓力滿足注水泵的吸入壓力,最后,再經(jīng)海水注水泵增壓至標(biāo)準(zhǔn)壓力,進(jìn)入注水管匯,一部分通過自身平臺(tái)注水井,注入目標(biāo)地層,另外一部分通過海底管線為下設(shè)兩個(gè)井口平臺(tái)提供滿足技術(shù)指標(biāo)的注入水,以滿足油田所有平臺(tái)注水井的需求。
其中,注水系統(tǒng)的細(xì)過濾器撬塊主要包括三臺(tái)細(xì)過濾器,三臺(tái)細(xì)過濾器輪轉(zhuǎn)進(jìn)行過濾和反洗,在原始設(shè)計(jì)中它采用兩臺(tái)正常過濾,同時(shí)一臺(tái)反洗等待的運(yùn)行模式,當(dāng)反洗罐反洗完成后進(jìn)入等待狀態(tài),直到下一個(gè)細(xì)過濾器進(jìn)入反洗后開始進(jìn)行正常過濾。正常運(yùn)行情況時(shí)為保證注水水質(zhì)合格,細(xì)過濾器至少每8小時(shí)進(jìn)行一次反洗。同時(shí)細(xì)過濾器還具有差壓反洗控制模式,即當(dāng)細(xì)過濾器進(jìn)出口差壓大于設(shè)定值時(shí),無論細(xì)過濾器的過濾時(shí)間是否已經(jīng)達(dá)到8小時(shí),強(qiáng)制進(jìn)入反洗狀態(tài)。同時(shí)等待的細(xì)過濾器進(jìn)入過濾狀態(tài)。如此循環(huán)往復(fù),保證注水水質(zhì)要求。
近年來,隨著不斷滾動(dòng)開發(fā),上游油氣田的投產(chǎn),注水系統(tǒng)在滿足本油田原有注水井需求的基礎(chǔ)上,還需要為上游油氣田提供注水水源。對(duì)注入水的需求量增加,原有海水處理系統(tǒng)的處理量已無法滿足,需要對(duì)現(xiàn)有海水處理系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容,已滿足接近翻倍的注水需求量。
通過對(duì)海水系統(tǒng)的整體摸查,海水提升泵、脫氧塔、真空泵、次氯酸鈉裝置以及粗過濾器等均滿足擴(kuò)容要求,制約處理量進(jìn)一步提升的關(guān)鍵在于海水細(xì)過濾器。要滿足目前的需求量,海水細(xì)過濾器的處理量大約要提升40%。因此改造的關(guān)鍵在于對(duì)海水細(xì)過濾器進(jìn)行擴(kuò)容改造。改造的思路主要兩個(gè)方向[1]。
(1)按照常規(guī)思路,加裝一套海水細(xì)過濾器裝置以及配套設(shè)施。此方案需要進(jìn)行大幅度的硬件改造和擴(kuò)容,投資數(shù)額較大,且工期較長(zhǎng),工作量較大,施工難度高,且現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地空間有限,難以實(shí)施。
(2)在現(xiàn)有硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上,通過對(duì)控制邏輯優(yōu)化的方法對(duì)海水細(xì)過濾器的處理能力進(jìn)行內(nèi)部挖潛,實(shí)現(xiàn)處理能力擴(kuò)容。通過對(duì)細(xì)過濾器的控制邏輯進(jìn)行梳理分析,最終確定了邏輯優(yōu)化的可行性。
在原有的細(xì)過濾器的控制邏輯中,細(xì)過濾器反洗后將進(jìn)入幾個(gè)小時(shí)的等待時(shí)間,等待下一個(gè)過濾器進(jìn)入反洗,該過濾器才循環(huán)進(jìn)入過濾狀態(tài)。因此要考慮將細(xì)過濾器的等待時(shí)間利用起來,即反洗過后立即進(jìn)入過濾狀態(tài),強(qiáng)制取消等待時(shí)間,極大的延長(zhǎng)了細(xì)過濾器的過濾時(shí)間,順利實(shí)現(xiàn)三臺(tái)過濾器同時(shí)在線過濾,每臺(tái)過濾器的過濾時(shí)間增加20%,實(shí)現(xiàn)了處理水量至少增加40%,填補(bǔ)了處理水量偏少的缺口。
油田注水系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)主要包括一套GE Fanuc 可編程邏輯控制器系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和中控監(jiān)控系統(tǒng)?,F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控通過一臺(tái)西門子一體工控機(jī)實(shí)現(xiàn),中控操作站通過Cimplicity ME 5.5軟件組態(tài)后進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控?,F(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站和中控室操作站之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊,相互交換數(shù)據(jù),進(jìn)行報(bào)警提示。此次作業(yè)在非停產(chǎn)的情況,通過對(duì)程序進(jìn)行在線編輯和編譯后下裝運(yùn)行。
此次優(yōu)化在原有單獨(dú)控制模式下,增加了三臺(tái)同時(shí)在線功能,為保證功能的自主選擇以及原有功能的完整性,需先行增加控制模式選擇按鈕。
如圖1所示,在注水系統(tǒng)操作站STATUS畫面上增加一個(gè)細(xì)過濾器在線個(gè)數(shù)切換按鈕,此按鈕可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況對(duì)細(xì)過濾器同時(shí)在線的個(gè)數(shù)進(jìn)行選擇。同時(shí)為了規(guī)避操作風(fēng)險(xiǎn),還增加管理員操作權(quán)限,需要登錄以后才可以進(jìn)行控制模式的切換。按鈕地址鏈接對(duì)應(yīng)PLC中的%M00380。
圖1 增加細(xì)過濾器控制模式選擇按鈕
需要指出的是,為保證切換過程中細(xì)過濾器的正常工作,在三臺(tái)細(xì)過濾器在線的工況下如果要切回兩臺(tái)細(xì)過濾器運(yùn)行,只能在三臺(tái)不同時(shí)在線或等待反洗的情況下進(jìn)行。因此,在三臺(tái)臺(tái)同時(shí)在線工作的情況下,需要讓其中一臺(tái)進(jìn)入反洗模式,可以在現(xiàn)場(chǎng)控制柜上將任意一臺(tái)過濾器的模式選擇開關(guān)切換到OOS模式,再切回Auto模式,也可以通過在操作站上修改過濾時(shí)間,強(qiáng)制讓一臺(tái)細(xì)過濾器進(jìn)入反洗,這樣就能順利將細(xì)過濾器控制模式由三臺(tái)在線切回兩臺(tái)在線。
細(xì)過濾器工作控制程序包括24個(gè)步驟,包括反洗、過濾、充壓和等待等過程,工作流程復(fù)雜,各個(gè)流程之間的切換標(biāo)志位清晰。在原有設(shè)計(jì)中,當(dāng)工作流程進(jìn)入到第21步時(shí),反洗細(xì)過濾器即完成反洗,進(jìn)入等待模式,直到另外一臺(tái)細(xì)過濾器開始反洗,該過濾器循環(huán)進(jìn)入過濾狀態(tài)。因此程序修改的核心,當(dāng)選擇三臺(tái)細(xì)過濾器同時(shí)在線模式時(shí),需要修改步驟之間跳轉(zhuǎn)的標(biāo)志位,使反洗過濾器順利跳過反洗后的等待時(shí)間,當(dāng)反洗完成后立即進(jìn)入正常過濾狀態(tài)。具體程序修改部分如圖2所示。
圖2 部分程序段截圖
同時(shí),當(dāng)細(xì)過濾器數(shù)量切換后,對(duì)應(yīng)每臺(tái)海水細(xì)過濾器的流量自動(dòng)控制設(shè)定值會(huì)在在原基礎(chǔ)上會(huì)出現(xiàn)變化,為保證流量控制的無擾動(dòng)切換,需要通過修改程序?qū)α髁靠刂频脑O(shè)定值進(jìn)行賦值優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)每臺(tái)過濾器進(jìn)行精確的流量控制功能(如圖3所示)。
圖3 流量設(shè)定值賦值
注水系統(tǒng)細(xì)過濾器經(jīng)過此次控制程序優(yōu)化之后,注水系統(tǒng)運(yùn)行正常,處理水量在原基礎(chǔ)上有了顯著的提高。相比以前的運(yùn)行模式,其具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)在沒有大量追加資金的情況下,實(shí)現(xiàn)了處理水量的極大擴(kuò)容,降低了運(yùn)行成本。
(2)在水量得到擴(kuò)容的同時(shí),海水的處理質(zhì)量也得到保證。
(3)在畫面上增加細(xì)過濾器運(yùn)行數(shù)量切換按鈕,同時(shí)增加操作權(quán)限,避免了誤操作造成注水系統(tǒng)關(guān)停。
(4)滿足了油田上下游的注水需求,為油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)提供保障。