數(shù)字化注水系統(tǒng)在油田計量中的研究與應用

摘要：油田的生產是處在高危、高壓等惡劣環(huán)境下，如何安全生產、提高生產效率，如何降本增效，在油田精細化管理下提出更高的要求，隨著科技的發(fā)展，油田數(shù)字化管理充分利用現(xiàn)代化技術解決這些問題。在本文，從油田生產中一個環(huán)節(jié)注水工藝開始闡述，數(shù)字化注水系統(tǒng)開辟了新的篇章，節(jié)約了人力物力，提高了安全生產，便于生產經(jīng)營管理。

關鍵詞：數(shù)字化管理；注水系統(tǒng)；應用

一、油田數(shù)字化管理

油田數(shù)字化管理充分利用自動控制技術、計算機網(wǎng)絡技術、油藏管理技術、油氣開采工藝技術、地面工藝技術、數(shù)據(jù)整合技術、數(shù)據(jù)共享與交換技術、視頻和數(shù)據(jù)智能分析技術，實現(xiàn)電子巡井，準確判斷、精確位置，強化生產過程控制與管理；在信息化整體架構上生產的最前端，它以井、站、管線等生產基本單元的生產過程監(jiān)控為主，完成數(shù)據(jù)的采集、過程監(jiān)控、動態(tài)分析、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題維持正常生產。

二、油田注水計量的現(xiàn)狀

油田投入開發(fā)后，隨著開采時間的增長，油層本身能量將不斷地被消耗，使得油層壓力不斷下降。油層壓力下降導致的直接后果是油井的產量大大下降，甚至會出現(xiàn)停噴停產的現(xiàn)象。大量死油開采不出來，導致油田的浪費。油田注水是利用油井中空出來的空間，利用注水井把水注入油層，來替代原油和補充地層，以補充和保持油層壓力的措施。

注水開采日常最重要的是根據(jù)油田的動態(tài)變化（壓力、產量、油氣比、含水量等）搞好配產配注，也就是在一個階段內對注水井和采油井確定好各口井及各個層段合理的注水量和產油量，注水計量就是注水工藝中一個關鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)井下情況控制注水量、注水壓力，以取得較好的開發(fā)效果。

自上世紀90年代開始，中原油田的注水計量主要使用了干式高壓水表，具有結構簡單、性能穩(wěn)定、使用可靠、壓力損失小、維修方便、價格便宜等優(yōu)點，全機械的結構設計，使得干式高壓水表對惡劣的工作環(huán)境有較強的適用性。同時，使用干式高壓水表作為注水計量有幾點不足的地方：1、干式高壓水表是葉輪式速度類流量儀表，是機械型儀表，頂尖等零配件使用一段時間后發(fā)生磨損，導致葉輪不穩(wěn)定，會引起計量偏差，需要頻繁維修水表芯子，頻繁更換干式高壓水表芯子不僅給儀表工帶來了的工作量，而且因此注水工作停止，影響生產；2、干式高壓水表是現(xiàn)場一次儀表，需要人為在現(xiàn)場看水表走數(shù)，中原油田的注水壓力在32MPa到42MPa之間，高壓力的工作環(huán)境帶來了一定的安全隱患；3、干式高壓水表只能就地顯示調節(jié)，信號不能遠傳，不能電腦上自動調節(jié)流量范圍，數(shù)據(jù)只能現(xiàn)場人工記錄，勞動量大，效率低，人工費大。

三、數(shù)字化注水系統(tǒng)的應用

隨著安全生產、數(shù)字油田、提高工作效率的提出，使用數(shù)字化注水系統(tǒng)進行注水、計量、調節(jié)，能對現(xiàn)場注水情況實時了解，實現(xiàn)無人值守進行注水，減輕勞動量，降低生產安全風險和生產費用等。

（一）數(shù)字化注水系統(tǒng)的工作原理

在注水井安裝智能高壓流量自控儀，通過遠程控制實現(xiàn)穩(wěn)流配注的功能，高壓自控儀提供瞬時流量、累積流量和注水壓力的數(shù)據(jù)通訊接口，通過回路協(xié)議轉換器將多臺高壓自控儀的數(shù)據(jù)進行匯總，回路協(xié)議轉換器具有兩個通訊口，一個與高壓自控儀進行通訊，一個與無線收發(fā)模塊進行通訊，將多臺高壓自控儀的瞬時流量、累積流量和壓力信號傳輸?shù)竭h程監(jiān)控系統(tǒng)，遠程監(jiān)控的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場自控儀顯示的數(shù)據(jù)完全一致，將穩(wěn)流配水系統(tǒng)的瞬時流量、累計流量、壓力傳送回監(jiān)控中心，實現(xiàn)無人值守和遠程控制。

（二）數(shù)字化注水系統(tǒng)的構成

數(shù)字化注水系統(tǒng)主要由監(jiān)控計算機（能上因特網(wǎng)的計算機）、服務器、GPRS模塊、協(xié)議轉換器（采集現(xiàn)場計量儀表，通過GPRS模塊，傳至服務器）、計量儀表（高壓自控儀）組成。

1、 GPRS模塊采用高性能的工業(yè)級16/32 位通信處理器和工業(yè)級無線模塊，可直接連接串口設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能。

2、高壓自控儀是流量計、調節(jié)閥、控制器、智能無線通訊接口有機地集于一體的定量注水設備，由流量測量、流量調節(jié)機械、控制器等三部分組成，能夠精確控制注水量，并具有耐高溫，耐高壓，耐腐蝕、防沙、防結垢、防雜質、節(jié)能等優(yōu)點。

3、壓力變送器采用低功耗處理模塊，將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉變成標準的電信號（如4～20mADC等），供給指示報警儀、記錄儀、調節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調節(jié)。

4、高配置服務器采用具有可擴展性設計，不僅滿足現(xiàn)階段業(yè)務應用的需要，同時為企業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供更大的擴展空間。

（三）數(shù)字化注水系統(tǒng)的優(yōu)點

1、數(shù)字化注水系統(tǒng)選用了高壓自控儀作為注水計量、注水控制，能夠解決在高壓注水和高壓注聚中實現(xiàn)的平穩(wěn)注水、定量注水及準確注水的問題，最大限度的減小了油田注水對地層結構的破壞。采用電子技術的應用使高壓自控儀的控制器具有較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

2、采用無線通訊技術對現(xiàn)場的遠程監(jiān)控，通訊成本不僅低廉，而且建設工程周期短、擴展性好、設備維護更容易實現(xiàn)。

3、數(shù)字化注水系統(tǒng)能夠遠程控制、監(jiān)控注水量、注水壓力，大大減少了采油工人在注水井現(xiàn)場的安全生產風險，因實現(xiàn)無人值守進行注水減輕采油工人的勞動強度、工作量，一個采油工人可監(jiān)控、控制一片采油區(qū)，實現(xiàn)生產自動化。

4、使用數(shù)字化注水系統(tǒng)，將注水井的管壓、注水壓力、累計流量、瞬時流量、注水時間等數(shù)據(jù)儲存在服務器中，供用戶隨時查詢、形成報表，能實時反饋注水的情況，根據(jù)注水的情況進行故障判斷，進行報警，提示操作人員進行相應的操作。

四、數(shù)字化管理在現(xiàn)實油田生產中的應用

數(shù)字化注水系統(tǒng)在油田注水工藝中得到重要的體現(xiàn)，那么數(shù)字化注水管理可延伸到油田數(shù)字化管理，建立全油田統(tǒng)一的生產管理、綜合研究的數(shù)字化管理平臺。

數(shù)字化管理可實行扁平化管理，按廠、區(qū)、站（增壓點）三級管理模式：增壓點、聯(lián)合站等各類站場以監(jiān)視、控制、操作為主；作業(yè)區(qū)以監(jiān)視、調度、生產管理為主；廠以生產管理、優(yōu)化分析、智能決策為主。實現(xiàn)增壓點、聯(lián)合站等各類站場對單井的日常管理，作業(yè)區(qū)對井組、油藏的重點管理，廠對油藏、油氣田的綜合管理。

數(shù)字化管理提升工藝過程的監(jiān)控水平—借助數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電子巡井系統(tǒng)對工藝過程進行24小時實時監(jiān)視，對照歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行預警、報警。

數(shù)字化管理提升生產管理過程智能化水平—利用數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)共享技術，主要包括：智能診斷機泵工況；智能生成生產參數(shù)優(yōu)化建議；智能生產油氣田開發(fā)措施建議等。

總之，油田數(shù)字化建設與管理有著廣闊的應用前景，數(shù)字油田建設與管理可以優(yōu)化生產流程，大幅提升油田生產運行質量，進一步提高油田經(jīng)營管理水平。