油田區域自動化監控系統設計

摘要 使用合理有效的自動監控系統對注水系統運行參數進行實時監控，將有利于降低能源消耗和保障人身財產安全，同時，建立油田區域注水自動化監控系統也是油田注水實現自動化生產和管理的需要。因此，完善油田區域自動化監控系統設計顯得尤為重要。

關鍵詞 監控系統；總體設計；油田；儀表

目前我國各大泊區的注水方式主要有邊部注水和邊內注水(頂部注水、腰部注水、行列注水)兩種方式，其注水系統還沒有較為完善的自動化監控管理手段，因而很難適應油田注水運行壓力高、危險性大的現狀。從實際情況看，注水泵的出口壓力高、電機功率較大，而保護機組的潤滑油、冷卻水等輔助系統能否正常運行關系到整個注水系統的安全運行和注水驅油的目標能否實現，如果缺少有效的監控保護措施，就有可能造成機泵嚴重損壞。此外，注水井井口壓力應等于1～1.3倍原始油層壓力才能滿足高壓注水的需要，分層注水井井口壓力再加上配水器的水頭損失會造成系統運行壓力更高，這樣在一定程度上會給裝置和操作人員帶來嚴重的安全隱患，若沒有有效的自動監控保護手段，裝置和操作人員的安全將無法有效地得到保障。

一、系統監控目標

油田區域注水系統包括水源、注水站、注水管網、配水間及注水井等。其中注水站是整個自動控制系統測量和控制的核心，其作用是擔負注水短時貯備、計量、升壓、注水一次分配和水質監控等任務。油田區域注水自動化監控系統的監控目標是實現整個系統各種參數的測量和控制。按照參數的特點，具體的監控目標是注水工藝參數和機組參數兩大部分。注水工藝參數監控包括來水溫度、來水流量、來水壓力、注水管網壓力、冷卻水壓力、水罐液位等。為適應注水量的變化，一般根據所需的注水量調節泵出口調節閥的開度或采用變頻器調節注水電機的轉速，從而實現合理注水。為了保障機組的安全運行，機組一般配有潤滑油和冷卻水等輔助系統，將機組本身及輔助系統的有關參數統稱為機組參數，其監控內容包括泵出人口壓力、泵出入口溫度、泵出口流量、潤滑油壓力、軸瓦溫度、冷卻水溫度、機組的振動和轉速等。

二、系統儀表的選用

要實現對注水工藝參數和機組參數的監控，除了必須選用合適的控制系統外，還要優選出適宜的測量及控制儀表。注水自動化監控系統的儀表包括溫度儀表、壓力儀表、流量計量儀表、液位儀表、調節閥(或變頻器)等。集中顯示或控制的儀表一般采用電動儀表。由于注水電機振動較大，與之有關的一次儀表可采用耐震型。

1 注水溫度儀表的選用

注水溫度儀表的選用應根據介質的溫度變化范圍、安裝位置、操作和觀察條件、環境條件等進行。就地顯示的溫度測量儀表一般選用雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計等；集中顯示的溫度測量儀表一般選用壓力式溫度計；遠傳顯示或調節的溫度元件一般選用熱電阻或熱電偶等。

2 注水壓力儀表的選用

就地壓力儀表一般選用彈簧壓力表、耐震壓力表等：遠傳壓力儀表一般選用普通壓力變送器、耐震壓力變送器、壓力控制器等；壓力測量儀表的選用應考慮量程、介質性質和對顯示儀表的要求。需要在控制室內顯示壓力的儀表，一般選用壓力變送器或壓力傳感器；對于爆炸危險場所顯示壓力的儀表，可選用氣動變送器、防爆型壓力變送器或現場總線變送器。

3 注水流量儀表的選用

就地流量計量儀表可選用螺翼式水表、高壓水表等。水表應安裝于水平管道上，標度盤朝上，表前后應裝截止閥，并要求一定長度的直管段；遠傳流量計量儀表可選用水平螺翼式電子熱水表、渦輪流量計、注定渦流量計、電磁流量計、超聲波流量計等。以下是注水系統常用的注水流量儀表的原理與特點，具體設計時可根據要求和市場供求情況來選定。

(1)水平螺翼式水表。該類水表主要用于計量清水，適用于單向水流，使用溫度在45℃以下。當溫度超過45℃時，應在定貨時予以說明。該類儀表流通能力大，水頭損失小，重量輕，便于使用和維修。但不適合含油污水，不能遠傳。

(2)干式高壓水表。這種水表適合于小型注水站和配水間的配水計量。水表為直角型流向，來水自表下方入口進入，側向出水，流水推動螺旋式翼輪轉動，其轉速與水流速成正比，翼輪的轉動通過磁力傳字輪指針組合式計數器顯示其累積水量；還可配瞬時流量計，并可以從表芯發訊器發訊號遠傳。

(3)水平螺翼式電子熱水表。該表除具有水平螺翼式水表的多數特性外，主要特點是耐高溫、耐腐蝕；并把機械電子表頭改成電子表頭；適用于油田含油污水計量；裝有發訊機構，可就地顯示，亦可集中顯示，遠傳距離可達200m。

(4)渦輪流量計。這種流量計包括渦流流量傳感器和積算儀兩部分。渦輪流量傳感器將流經管道內的液體流量轉換成脈沖信號，積算儀累計脈沖的個數獲得液體的總量b。

(5)漩渦流量計。它有基于流體強迫振蕩的旋進型和自然振蕩的卡門注定渦型兩種。它的測量原理是當管道中流體流過激渦發生體時，在其后方和兩側會交替地產生有規則的卡門漩渦列，流速愈大，漩渦產生的頻率也愈大。漩渦頻率的測量常用的有溫度和振動位移兩種方法，而這兩種方法又可用多種原理來測定。它將測得的微弱的頻率信號經電子線路處理成與流速成正比的電脈沖信號由顯示儀表顯示出流量的瞬時值。漩渦頻率是不受流體重度、溫度、壓力和粘度等影響的參數。

(6)電磁流量計。它的工作原理是導體在磁場中運動而切割磁力線時，在導體中會產生感應電勢，轉換部分將感應電勢轉換成標準信號作為輸出，以便進行顯示、累計或記錄。電磁流量計壓力損失小，使用范圍廣，可以測量脈動流及有腐蝕性的液體，但不能測量氣體、蒸汽和石油制品等非導電流體的流量。電磁流量計可以水平或垂直安裝。垂直安裝時，流體必須自下而上；水平安裝時，液體應充滿管段，并應使變送器的電極處于同一水平面上。流量計前后應有一定的直管段，必須良好接地。

(7)超聲波流量計。它是利用超聲波傳輸原理測量液體流量的儀表。檢測元件固定在管壁外側，不接觸液體。特別適合大口徑的流量測量，且不受液體的物理性質(壓力、溫度、粘度、密度)及腐蝕性的影響，是一種比較理想的節能儀表，幾乎沒有壓力損失。

4 執行器或變頻器

為了使注水系統的壓力或流量處于最佳值，在泵出口的調節一般采用電動調節閥或變頻器。采用電動調節閥投資較低，但能量損失較大。隨著變頻調速技術的飛速發展，變頻器的價格在逐漸降低，可以通過變頻器調節注水電機的轉速以控制泵出口流量：由于注水電機的功率較大，這種方法一次性投資較大，但節約的能量也相當可觀。

三、系統的總體設計

油田區域注水自動化監控系統可采用SCADA系統進行設計。系統分為三級：企業管理級、站控級及現場級。企業管理級(主站)設在注水調度中心，中心控制室通過遠程測控終端(RTU)可監視各控制區的運行狀態，保存運行狀態信息，統計運行數據，對各檢測點、控制點進行操作，從而實現系統監控。站控級(遠程測控終端)設在各注水站，將各站壓力、流量、液位、溫度、機組運行狀態等信號采集處理，給出注水電機的功率、用電量、注水量、泵效、單耗等，再將有關數據通過有線或無線方式傳至調度中心；調度中心的計算機根據這些數據通過計算、處理得到晟佳配注量，并將其傳回RTU；RTU根據配注量，調節電動閥的開度或注水電機的轉速，使整個注水系統處于最佳運行狀態。現場級(測控儀表)實現數據的采集與控制。另外，整個注水SCADA系統可以和生產SCADA系統相連，通過軟件處理，采用變頻器調節，使能耗和原泊的產量達到最佳工作點。

油田區域注水自動化監控系統的建立要特別注意以下問題：(1)由于注水電機及注水泵的振動較大，現場儀表應選用耐振儀表或采用減振措施；(2)由于廠區內的供電線路網絡、大功率的注水電機及變頻器等設備極易對控制系統產生干擾，應在電纜布置、屏蔽、接地及系統配置等方面采取抗干擾措施；(3)SCADA系統的通訊方式應考慮冗余。