生產參數自動監測系統在大港油田注水站中應用

劉會(大港油田公司第六采油廠，天津 大港 300280)

注水是油田開發的一種重要的方式，是一種維持油田高產穩產的有效措施。但同時，注水也是能耗大戶，注水泵站用電約占油田生產總用電的30%。目前油田80%的注水站均配套了自動化系統，但大部分參數采集不全面，尤其缺乏對電量參數和泵工況的采集和安全聯鎖保護，且系統老舊嚴重，自動化系統應用意義不大[1]。另外，站內只實現了總耗電量計量，對不同機泵的單耗沒有準確的計量，無法實現設備能耗情況分析，電量統計仍采用人工填報形式，自動化程度低，信息孤立。

針對上述問題，為確保注水泵安全高效運行，提高注水站自動化水平，實現注水泵站能耗自動監測分析，大港油田開展了注水泵站生產參數及能耗自動監測系統研究，并根據研究成果開展現場試驗應用。

1 系統設計

注水站生產參數及能耗自動監控系統采用分布式網絡結構，共分為四層：數據采集層---集中控制層---站內組態層—分析應用層[2]：

1.1 數據采集層

現場數據采集層主要實時檢測現場生產數據，通過現場檢測儀表及傳感器對各生產節點的數據進行實時采集并傳輸至集中控制層。

采集參數：注水泵進口母管壓力，出口匯管壓力及流量，單泵電量（電量電壓及變頻狀態）、進出口壓力、出口流量、定子溫度、油箱溫度、軸瓦溫度、壓力。

1.2 集中控制層

集中控制層主要由PLC 系統構成，集中監控現場采集數據，并對數據進行運算和處理，同時通過TCP/IP 形式將數據傳輸到監控計算機實現站內組態監控。

1.3 站內組態層

站內組態層主要由組態軟件構成實現數據的站內監控，安裝在監控計算機上，與PLC 通訊，對采集的實時數據進行集中處理和展示，并通過油田局域網將數據上傳至分析應用層。

1.4 分析應用層

由數據服務器、能耗監控分析系統軟件和用戶終端組成，對數據進行集中管理分析，實現注水站能耗自動計算分析，并通過網絡進行統一展示與發布[3]。

本系統注水站能耗監測主要指標包括：注水泵容積效率、電機效率、機組效率、注水站效率、注水站單耗。

（1）注水泵容積效率：注水泵的實際排量與額定排量的比值。

式中：ηi容-注水泵容積效率;Qi-注水泵實際排量，m3/h;Qi額-注水泵額定排量，m3/h。

（2）電機運行效率：電動機的輸出功率與輸入功率之比。

式中：ηi注水電機-注水泵電機效率;Nio-電機空載功率，KW；Ii-電機輸入電流，A；Ri-電機定子直流電阻，kΩ;K-電機損耗系數。

（3）機組效率：注水泵輸出的有效功率與電機輸入功率的比值。

式中：ηi注水泵機組-注水泵機組效率;P2-注水泵出口壓力，MPa；P1-注水泵進口壓力，MPa；Ui-注水電機輸入電壓，V；Ii-注水電機輸入電流，A；cosφi-電機功率因數。

（4）機組單耗

瞬時單耗：注水泵電機的輸入功率與注水泵實際排量的比值。平均單耗：單位時間內總耗電量（KW·h）與注水量（m3）的比值。

式中：qi注水機組—注水泵機組單耗，KW·h/m3。

根據注水泵的運行壓力計算合格單耗：qi注水機組=（P2－P1）·Qi/（3.6ηi注水泵機組）；ηi注水泵機組=80-85%。

（5）注水站單耗

瞬時平均單耗：注水站內運行注水泵電機的輸入功率之和與注水泵實際排量之和的比值。平均單耗：注水站內單位時間內運行泵耗電量（KW·h）之和與注水站輸出水量（m3）之和的比值。

2 現場應用

基于上述研究，注水站生產參數及能耗自動監控系統在大港油田采油三廠29座注水站開展了現場應用，實現了站內生產參數自動采集、集中監控，注水泵超壓、超溫停泵保護，機泵能耗狀況實時監測，同時在統一應用層實現了所有注水站電量及主要生產參數的統一管理應用，并計算泵站單耗、平均容積效率、平均電機功率、泵站效率，單泵單耗、容積效率和電機效率并通過油田局域網絡發布，截止目前系統運行穩定，效果良好。

3 結語

本系統以注水站為研究對象，建立了一套軟、硬件相結合的注水站生產參數及能耗自動監控系統，實現了機泵主要生產參數自動采集、監控、實時計算、注水泵超壓、超溫停泵保護、能耗指標分析等功能，為注水站向精細化、自動化、數字化建設方向發展奠定了基礎。

[1]晏耿成.基于數字化注水站的能耗監測與分析系統設計.石油天然氣學報，2013.35：52-53。

[2]韓璞，周黎輝，孫海蓉，黃宇.分散控制系統的人機交互技術.電子工業出版社，2007.9：32-35。

[3]鄧麗君.標準化注水站在油田地面工程建設中的應用.中國石油和化工標準語質量，2012.15：23-25。