油田水處理自動控制系統

油田水處理自動控制系統

余戰波

重慶三峽職業學院

油田水處理自動控制系統包括水源、注水站、配水間、注水井以及注水管網等，其中管網結構是重要的組成部分之一，生產過程中它與注水站、配水間等有著緊密的聯系。為了提高能源的利用率，很多油田企業對地面系統進行簡化和優化。選擇注水溫度儀表時，應根據相應介質的溫度變化范圍，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。隨著變頻技術的不斷發展，其技術成本在不斷降低，采用變頻器進行注水電機轉速的調節，可以對泵出口流量進行控制。

水處理系統；自動控制；流程；管網結構

在油田的開發與生產過程中，注水系統能夠為其補充必要的地下能量。對水處理系統進行分析，主要包括污水處理系統、供水和注水泵系統、注水井系統以及網管等。對于油田生產來說，地面系統是重要的組成部分，在實際生產中常常會造成大量的能源浪費。為了改善這種現狀，提高能源的利用率，很多油田企業對地面系統進行了簡化和優化。如在注水井系統中，注水泵站的水直接送至注水井口，將中間的一些配件環節全部停運。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 系統結構

油田注水自動控制系統中包括水源、注水站、配水間、注水井以及注水管網等[1]。在注水系統中，注水站是最為核心的環節，它不僅擔負著存儲注水量，對注水量實施計量等任務，同時還要實現升壓、實施注水的一次分配以及監控水質等功能。配水間的主要任務是計量注水站的來水，實現有效的調節和控制功能。注水系統的末端是注水井口，其功能是向地下注水。圖1為注水自動控制系統的結構圖。從圖1可以看出，注水自動控制系統是由節點單元和管道單元共同組成的流體網絡系統，具有復雜的特點。

2 注水流程

2.1 單管多井配水流程

圖1 注水自動控制系統結構

來自水源的水首先進入到水站中，經過過濾、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，進入到注水管網中，通過配水間的控制和調節，最后進入到注水井中。這一流程的主要優點在于：系統較為靈活，便于注水井網的調整，各注水井之間的干擾較小，在集中供熱上具有較大優勢，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，在配水間中經過控制和計量后送至注水井注入油層。該流程的主要優點在于：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，數量也較少，在進行T分層測試時較為方便，能夠節省投資。

3 注水壓力的控制

在油田地面管線以及相關設備的選擇中，注水壓力是很重要的參數。可以將油田注水分為兩種：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的壓力，實現穩定的產出；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，最終達到驅油的目的。計算注水壓力應該從以下幾個方面進行考慮：①對于新開發的油田來說，缺乏必要的地質資料，應進行必要的注水試驗，通過對不同油層、區域的試注，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，注水泵泵壓應大于注水井的注入壓力和注水系統的地面損失壓力之和，即p泵≥p井+p損。

4 系統管網結構

在油田的注水自動控制系統中，管網結構是重要的組成部分之一，生產過程中它與注水站、配水間等有著緊密的聯系。雖然管網的布置多種多樣，但從本質上看只有樹狀網以及環狀網兩種形式。對于樹狀網來說，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；對于環狀網來說，其管線被連接成環狀，當其中的某一根管線出現損壞，可以通過控制閥門將其與其他的管線隔離開來，便于檢修。但環狀網的造價要遠遠高于樹狀網。在布置注水管網時，要遵循安全供水、節約投資的原則，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劃進行管網的預埋，當用水量增加后，再適當增加管線。

5 系統儀表的選擇

在注水自動控制系統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節之一。

選擇注水溫度儀表時，應根據相應介質的溫度變化范圍，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，應注意將水表設置于水平管道上，并將標度盤向上，同時裝設相應的截止閥。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的傳感器，其流量值被轉換成為脈沖信號，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：管道中的液體流經旋渦發生體時，在旋渦發生體的前方和后方會出現卡門旋渦列，液體的流速越大，旋渦產生的頻率也會越大，通過測量這一頻率就能獲取流經液體的相關信息。將測得的頻率經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。

隨著變頻技術的不斷發展，其技術成本在不斷降低，采用變頻器進行注水電機轉速的調節，可以對泵出口流量進行控制。

6 結語

針對注水自動控制系統在油田中的應用進行研究，對其結構組成進行了介紹，對自動注水流程、注水壓力以及油田注水網管的結構進行了分析，最后對其儀表的選擇進行了闡述。隨著科學技術的發展，注水自動控制系統的各項功能將會更加完善，能夠為油田的生產提供更大的幫助。

[1]畢效輝．自動控制理論[M]．北京：中國輕工業出版社，2007.

[2]檀朝東，羅曉明，檀朝鑾．油水井遠程監控液量自動計量及分析系統[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運行參數優化[J]．石油礦場機械，2005，34（1）：35-38.

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.045