注水系統的在線診斷技術

雷創

中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司，河北任丘 062552

注水系統的在線診斷技術

雷創

中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司，河北任丘 062552

多年來，注水系統的運行主要依靠管理人員的認識和經驗來實施，無法保證注水系統在優化狀況下運行，實現注水系統的在線診斷是解決上述問題的重要途徑。首先介紹了在線診斷技術的思路和診斷系統的構成，而后論述了變送儀表的微功耗無線數據采集、基于RTU的配水間無線數據集成監控、異構通訊模式下的集中監控、儀器儀表的管理、注水數據實時管理平臺的開發等關鍵技術，在此基礎上，分析了在線診斷技術在工程中實施的效果。實踐表明，通過該項技術在車城油田5個注水站14臺注水泵的應用，注水系統效率較應用前提高了0.35個百分點，注水單耗降低了0.06 kW·h/m3，每年可節約注水成本2.2萬元，節約人工測試成本10萬元，合計每年節約成本12.2萬元。

注水系統；在線診斷；注水效率；能耗

注水系統是指注入水經機泵、注水管道、配水間輸送到注水井井口的全流程。系統中的能量變化首先是電能轉換為機械能，再轉換為勢能，從而實現把水注入到地層的目的[1]。多年來，注水系統的運行主要依靠管理人員的認識和經驗來實施，無法保證注水系統在優化狀況下運行，造成生產方案不盡合理，且得不到及時調整，致使注水系統效率低，注水單耗高。實現注水系統的在線診斷是解決上述問題的重要途徑。

1 在線診斷技術思路

將整個注水系統劃分為注水站、配水間、單井三個節點。對于注水站，通過對注水泵進出口壓力、注水泵電參量、注水泵進出口注水量信息的采集、分析，實現注水泵工況的在線診斷[2-3]。對于配水間，通過對來水匯管壓力、來水水量、單井注水量、單井配水間壓力信息的采集、分析，實現管網效率的在線診斷。對于注水井，通過對配水間單井注水量、壓力模擬計算，井口壓力信息的采集、分析，實現單井注水狀態的分析。通過對采集、計算得到的三個節點的數據進行分析整理，最終實現對注水系統的在線檢測。

2 在線診斷系統的構成

注水系統在線診斷系統主要由現場采集系統、無線傳輸系統、后期數據處理系統三部分組成，見圖1。

（1）采集系統。由注水計量儀表、壓力變送器、電參量采集模塊組成采集系統，見圖2。注水計量儀表選用具有遠傳功能、無可動部件、性能穩定、精度高的旋渦流量計，選用具備遠傳功能的壓力變送器，選用具有有功功率、無功功率、功率因數等電參量計算功能的電參量采集模塊。

圖1 注水系統在線診斷系統示意

圖2 注水配水間采集現場

（2）無線傳輸系統。微功耗無線采集模塊將采集的數據通過本地RTU、電臺、光纖、網絡傳輸至后期處理系統。

（3）后期處理系統。采集數據進入后期處理系統后，先分類存儲至數據庫，而后通過數據處理軟件進行調用、計算，顯示單井、管網、機組的實時狀況，并對數據進行定期匯總分析，通過分析及時發現注水過程異常情況，及時調整和采取措施，最終實現對注水過程的精細管理[4]。

3 關鍵技術

3.1 變送儀表的微功耗無線采集

采用微功耗處理器以及高占空比的程序控制，通過定時直接讀取指定地址數據的方式，實現運行參數的采集。通過流量計量采用通用采集模塊+電子流量計方式（見圖3（a）），壓力計量采用嵌入模塊+壓力變送器方式（見圖3（b））來采集注水量和管道壓力，克服了傳統數據采集的不可持續性、測試數據準確性差、橋架線纜材料消耗大的問題[5-7]。

3.2 基于RTU的配水間無線數據集成監控

圖3 變送儀表的微功耗無線采集

將油井監控RTU控制器進行升級和簡化。一是改進地址功能，支持MODBUS通訊協議，提供不同變送器的統一尋址方式。二是重配采集功能，通過子地址進行屬性配置、功能設置，實現對變送器的屬性區分。三是開發型號選擇、應答模式、上報周期等功能，使常用的流量、壓力變送器可以方便接入，并按照實際需求進行采集周期的設置。四是對配水間采集控制柜進行優化，將體積縮小為油井RTU控制柜體積的1/3左右，為快速安裝、調試和移動復用創造便利，解決了采集儀表配置、管理和參數集成、上傳問題。

3.3 異構通訊模式下的集中監控

在電參量采集方面，對電量采集模塊進行配置，選用支持MODBUS-RTU協議的RS485接口，對無線數傳電臺、串口服務器、信號線纜等不同方式進行組合，達到電參量采集的監測要求。

在數據復用方面，利用INTOUCH監控系統軟件的組態功能和數據庫功能，對需復用的數據進行重新編碼，保證了數據統一，實現了電參量采集數據的統一發布與存儲。

3.4 儀器儀表管理

基于SQL SERVER2000數據庫系統開發了“儀器儀表管理平臺”，使用VS2008進行開發架構，建立多單位、多用戶管理的儀器儀表資料網絡化管理平臺，設計快速提取、分析與各個采油作業區實時數據庫相連的點位與儀表運行狀態的模型，實時診斷檢測各類設備的運行狀態，實施集成基礎設備設施管理、監控點位管理、歷史數據追溯、越限報警提示、數據質量分析等功能。

3.5 注水數據實時管理平臺的開發

注水數據實時管理平臺實現了注水過程的實時監控、自動分析和注水系統效率在線測試，縮短了發現異常和采取措施時間，降低了人工錄取、測試工作量，提高了注水過程的精細管理水平[8-10]。

（1）實時數據分析。通過實時錄取單井配水間壓力、瞬時流量、累積流量，結合地質日配注算出的合理流量，當瞬時流量不能滿足或超過合理流量時提示員工注水異常，員工根據現場情況及時調節注水量或采取其他措施。

（2）階段數據分析。圍繞注水日常管理需求，按作業區、區塊對單井超欠注、注水情況進行階段統計，方便工區管理人員對各區塊、單井注水情況進行分析。

（3）綜合數據統計。根據注水管理需要，按階段計算各作業區單位時間內的日注、日配、生產天數、平均日注、完成百分比，并統計了各作業區的總井數、開井數和注水合格井數，方便廠級管理人員及時掌握各單位的注水情況。

（4）系統效率在線計算。利用采集的電參量、壓力、流量等參數，通過軟件模擬計算出井口壓力，實現注水系統效率的在線計算，減少人工測試工作量。

4 實施效果

目前該項技術在車城油田的5個注水站的14臺注水泵進行了應用，通過實施數據分析，及時提示各項參數，注水系統效率達到54.35%、注水單耗達到6.34 kW·h/m3，較 2014年注水系統效率提高了0.35%，注水單耗降低了0.06 kW·h/m3，按車城油田日均注水0.13萬m3計，電價按0.77元/（kW·h）算，則日節約用電合人民幣60.06元，每年可節約注水成本2.2萬元，同時節約了人工測試成本10萬元，合計每年節約成本12.2萬元。

5 結束語

（1）注水計量實時監控較好地解決了人工錄取注水量資料的繁瑣，資料真實性更強，同時縮短了發現注水異常情況和解決問題的時間。

（2）通過對注水泵電參量和管網壓力的實時采集，實現了注水泵、注水管網工況的實時分析以及注水系統效率的在線測試，縮小了人工測試的工作量。

（3）注水實時管理平臺的開發為日常管理以及地質動態分析提供了便利，進一步提高了注水過程的精細管理水平。

[1]方夢莉，劉曉妤.聯合注水系統效率影響因素及優化措施[J].江漢石油職工大學學報，2012（7）：25.

[2]常玉連，高勝，郭俊忠.油田注水系統最優控制數學模型及系統設計[J].石油機械，2001（12）：24.

[3]姚萱萱.基于無線網絡的油田注水遠程監控系統研究 [D].西安：西安石油大學，2013.

[4]鮑秀華.油田集輸、注水泵站生產自動化監控系統的應用研究[D].杭州：浙江大學，2006.

[5]郭哲.注水站庫數據采集監控系統設計與實現[D].北京：北京理工大學，2014.

[6]石固歐，穆平.基于組態王6.53的注水站自動監控系統[J].石油機械，2013（8）：94-96.

[7]吳九輔，吳盡，李化龍.現場總線在油田注水監控系統中的應用研究[J].石油礦場機械，2008（7）：27-29.

[8]周兵.高升油田雷家區塊注水系統能耗分布規律研究及應用[J].石油石化節能，2015（12）：9-11.

[9]趙乃卓，楊凱淋，關南楠，等.組態軟件在油田注水站監控系統中的應用[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2016（5）：529-532.

[10]王輝萍，彭健，劉志海，等.油田注水生產大數據挖掘系統的研制及應用[J].中國石油和化工，2015（11）：58-60.

Research and application ofonline diagnosis technologyfor water injection system

LEIChuang
PetroChina HuabeiOilfield Company，Renqiu 062552，China

Water injection system running relies mainly on knowledge and experience.It is difficult to ensure the water injection system to run in optimization condition.Realizing online diagnosis for water injection system is the important way to solve the problem.This paper introduces the technical thoughts of the water injection system and the system configuration，and describes key techniques such as micro energy consumption wireless data acquisition transmitter，wireless data integral monitoring of water distribution room based on RTU，centralized monitoring in heterogeneous communication mode，instrumentation management，development of real-time water injection data management platform，then analyzes implementation effect of the online diagnosis system in engineering project.The application of the system in 14 water injection pumps of 5 water injection stations in Cecheng Oilfield enables the water injection system efficiency to raise 0.35%and energy consumption to reduce 0.06 kW·h/m3，and totalcost to save 122 000 yuan/a.

water injection system；online diagnosis；water injection efficiency；energy consumption

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.014

雷 創（1985-），男，陜西高陵人，工程師，2009年畢業于長江大學石油工程專業，主要從事油氣田開發技術研究及管理工作。

2016-12-12

Email：cy5_lchuang@petrochina.com.cn