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        海上油田注水井遠程控制優(yōu)化設(shè)計與改造效果

        2023-02-07 13:25:28劉曉亮馮海濤于昊成王利剛
        天津科技 2023年1期
        關(guān)鍵詞:注水泵單臺安全閥

        王 昆,王 松,劉曉亮,馮海濤,于昊成,王利剛

        (中海石油(中國)有限公司天津分公司工程建設(shè)中心 天津 300457)

        0 引 言

        注水泵、注水井是油田生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備,在海上石油平臺的日常生產(chǎn)過程中通過注水泵將注水壓力升高以使油田符合注入壓力,進而通過注水管匯對各個注水井進行注水作業(yè)。海上某石油平臺共有3臺注水泵,正常工況下注水泵為兩用一備,由于油田中控系統(tǒng)在設(shè)計時未在注水泵異常停泵后設(shè)置調(diào)節(jié)注水井相關(guān)邏輯,當單臺注水泵異常停泵時另外一臺注水泵負荷將突然增大,操作人員無法即刻實現(xiàn)啟泵或者關(guān)停相關(guān)注水井等操作,不利于設(shè)備正常運轉(zhuǎn),可能出現(xiàn)過載停泵情況,從而導致注水緩沖罐液位高報警,還可能造成次生的生產(chǎn)關(guān)斷等事件。針對這類問題,在經(jīng)濟和效率的雙重考慮下,對中控系統(tǒng)程序進行了適應性改造。圖1為單臺注水泵運行溫度曲線。

        圖1 單臺注水泵運行溫度曲線Fig.1 Operating temperature curve of single water injection pump

        本次改造主要基于以下3個方面考慮:①經(jīng)濟性;②可操作性;③人員工作效率。根據(jù)運行機理,同時兼顧設(shè)備的本質(zhì)安全性,避免由于添加設(shè)備而造成的經(jīng)濟和設(shè)計問題,計劃在中控系統(tǒng)中通過程序組態(tài)在監(jiān)控界面(HMI)增加軟按鈕,在不改變原有邏輯和設(shè)計基礎(chǔ)的前提下進行中控系統(tǒng)的組態(tài)工作。

        當中控系統(tǒng)檢測到注水泵異常停泵后,由操作人員確認現(xiàn)場流程和設(shè)備狀態(tài),并根據(jù)實際情況選擇遠程手動關(guān)停注水井,以降低注水泵運行負荷,保證應急反應處理時間,有效控制生產(chǎn)流程的穩(wěn)定。

        1 改造方案研究

        油田現(xiàn)有注水井 11 口,注水井壓力由注水泵提供,井口裝置配備有地面安全閥、井下安全閥,當注水泵異常停泵時,從中控遠程選擇關(guān)閉注水井的地面安全閥即可實現(xiàn)停運注水井,從而有效緩沖注水量變化對流程和注水泵的沖擊。在操作人員抵達現(xiàn)場后,對備用注水泵進行啟泵操作,并在井口控制盤處恢復地面安全閥的狀態(tài)。

        注水井地面安全閥通過 ESD 系統(tǒng)進行輸出控制,對地面安全閥控制邏輯進行檢查修改后,在 SM系統(tǒng)組態(tài)中增加手動/自動切換功能和強制開關(guān)功能,在 Quick Builder 第三方通信軟件中新建點位并將SM系統(tǒng)相關(guān)點位地址建立連接,在 HMI 畫面增加地面安全閥的手動/自動切換按鈕和強制開關(guān)按鈕并與Quick Builder 第三方通信點建立連接,保存并下裝相關(guān)組態(tài)。進行功能測試,確保功能正常[1]。

        2 設(shè)計方案實現(xiàn)過程

        海上某在生產(chǎn)油田中心平臺和井口平臺中控系統(tǒng)分別使用 Honeywell 和 BB 兩種不同品牌的控制器,通過 Quick Builder 實現(xiàn)兩種控制器的標準點的組態(tài)工作,即通過將 ESD 系統(tǒng)中開關(guān)地面安全閥地址寫入 Quick Builder 中,在 HMI 畫面上鏈接相應地址實現(xiàn)地面安全閥的動作。

        ①對中控系統(tǒng)當前程序進行備份,避免由于下裝或操作失誤導致的程序丟失。

        ②本方案計劃使用ESD信號發(fā)出指令,實現(xiàn)地面安全閥開關(guān)動作,檢查井口的控制盤注水井地面安全閥電磁閥信號線接入中控ESD系統(tǒng)[2]。

        ③檢查WHPA-ESD邏輯組態(tài),檢查確認注水井地面安全閥對應的輸入輸出回路,若無手自動切換和強制動作點則進行添加并下裝組態(tài)。圖2為地面安全閥對應的輸入輸出回路。

        圖2 地面安全閥對應的輸入輸出回路Fig.2 Input and output circuit corresponding to ground safety valve

        ④檢查ESD系統(tǒng)輸入輸出點的PLC地址和SOE地址,每個電磁閥需檢查4個點:WHPA-UYWH1010(輸出點)、 WHPA-UY-WH1010IND(狀態(tài)顯示點)、 WHPA-UY-WH1010-M(手自動切換點)、WHPA-UY-WH1010-F(強制輸出點)。

        ⑤在Quick Builder通信軟件中建立注水井地面安全閥通信點,每個電磁閥建立4個點(與ESD系統(tǒng)一致),檢查所有點位的MAIN菜單下的PV source address,將該地址鏈接至ESD系統(tǒng)的地址。

        ⑥將Quick Builder點中WHPA-UY-WH1010(輸出點)建立與WHPA-UY-WH1010-F(強制輸出點)的控制關(guān)系,在輸出點的control菜單中的output中輸入WHPA-UY-WH1010-F的地址。

        ⑦將Quick Builder點中WHPA-UY-WH1010IND(狀態(tài)顯示點)建立與WHPA-UY-WH1010-M(手自動切換點)的控制關(guān)系,在狀態(tài)顯示點的control菜單中的mode中輸入WHPA-UY-WH1010-M的地址。

        ⑧Quick Builder通信點建立完成后對修改點進行download下裝。

        ⑨在HMI畫面組態(tài)中建立注水井地面安全閥手自動選擇及強制開關(guān)按鈕,將參數(shù)連接至Quick Builder點。圖3為強制開關(guān)按鈕及鏈點。

        圖3 強制開關(guān)按鈕及鏈點Fig.3 Forced switch button and chain point

        ⑩在HMI畫面組態(tài)中建立注水井地面安全閥手動/自動選擇及強制開關(guān)按鈕,并將參數(shù)連接至Quick Builder點。

        ?保存畫面數(shù)據(jù),自動同步至各服務器和操作站。

        ?對單口注水井關(guān)閉地面安全閥進行功能測試,將現(xiàn)場地面安全閥鎖定,防止意外關(guān)井造成不良影響,從中控畫面手動關(guān)閉地面安全閥,井口盤對應電磁閥關(guān)閉則判斷功能正常?;謴妥⑺孛姘踩y正常工作狀態(tài),并交接至中控人員[3]。圖4為測試地面安全閥功能反饋。

        圖4 地面安全閥功能測試Fig.4 Function test of ground safety valve

        3 改造優(yōu)化效果

        該油田現(xiàn)有11口注水井,本次實踐根據(jù)生產(chǎn)專業(yè)需求對其中5口流量較大的注水井添加中控遠程停井按鈕,經(jīng)過現(xiàn)場測試,可手動關(guān)閉單口注水井地面安全閥。

        當中控人員發(fā)現(xiàn)注水泵異常停泵后,根據(jù)流程調(diào)節(jié)需求,在油井監(jiān)控畫面中找到對應注水井地面安全閥按鈕,將控制模式由自動打至手動,然后選擇關(guān)閉即可實現(xiàn)單口注水井停井,從而有效緩沖注水量變化對流程的沖擊,避免由于單臺泵運行而造成的高溫停泵,以保護現(xiàn)場設(shè)備及生產(chǎn)流程的穩(wěn)定。經(jīng)由現(xiàn)場確認完畢后,再由現(xiàn)場操作人員手動啟動備用注水泵,并將注水井流程恢復正常。圖5為單臺注水泵運行溫度曲線,可見在單臺注水泵運行后,泵體溫度有輕微幅度上升,并能夠保持平穩(wěn)運行。

        圖5 單臺注水泵運行溫度曲線Fig.5 Operating temperature curve of single water injection pump

        4 總 結(jié)

        本次注水井遠程關(guān)停優(yōu)化項目可以很好地避免因注水泵異常停泵人員無法即刻操作而引發(fā)的生產(chǎn)關(guān)斷問題,提高了人員應急反應的效率。本次改造基于原有SIS系統(tǒng)和PKS系統(tǒng)設(shè)計進行優(yōu)化改造,通過第三方通信軟件實現(xiàn)了多個控制系統(tǒng)的融合,實現(xiàn)了較好的聯(lián)動功能,提高了現(xiàn)場工作人員的工作效率,降低了油田注水泵的故障率,提高了設(shè)備的本質(zhì)安全性,為海上油田注夠水、注好水提供了技術(shù)保障,有效減少了生產(chǎn)損失,創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟和社會效益。■

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