程序優(yōu)化在提升注水系統(tǒng)處理水量中的作用

李孝嶺，金先陶，譚永紅，母鵬彰(中海石油中國有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524000)

0 引言

某油田注水系統(tǒng)主要流程為從海水提升泵上來的海水進(jìn)入粗過濾器，經(jīng)初步過濾后進(jìn)入細(xì)過濾器，進(jìn)一步精細(xì)過濾的海水進(jìn)入脫氧塔，通過真空泵使脫氧塔形成真空，經(jīng)脫氧后的海水進(jìn)入增壓泵增壓，被增壓到使海水的壓力滿足注水泵的吸入壓力，最后，再經(jīng)海水注水泵增壓至標(biāo)準(zhǔn)壓力，進(jìn)入注水管匯，一部分通過自身平臺注水井，注入目標(biāo)地層，另外一部分通過海底管線為下設(shè)兩個井口平臺提供滿足技術(shù)指標(biāo)的注入水，以滿足油田所有平臺注水井的需求。

其中，注水系統(tǒng)的細(xì)過濾器撬塊主要包括三臺細(xì)過濾器，三臺細(xì)過濾器輪轉(zhuǎn)進(jìn)行過濾和反洗，在原始設(shè)計中它采用兩臺正常過濾，同時一臺反洗等待的運(yùn)行模式，當(dāng)反洗罐反洗完成后進(jìn)入等待狀態(tài)，直到下一個細(xì)過濾器進(jìn)入反洗后開始進(jìn)行正常過濾。正常運(yùn)行情況時為保證注水水質(zhì)合格，細(xì)過濾器至少每8小時進(jìn)行一次反洗。同時細(xì)過濾器還具有差壓反洗控制模式，即當(dāng)細(xì)過濾器進(jìn)出口差壓大于設(shè)定值時，無論細(xì)過濾器的過濾時間是否已經(jīng)達(dá)到8小時，強(qiáng)制進(jìn)入反洗狀態(tài)。同時等待的細(xì)過濾器進(jìn)入過濾狀態(tài)。如此循環(huán)往復(fù)，保證注水水質(zhì)要求。

1 改造背景

近年來，隨著不斷滾動開發(fā)，上游油氣田的投產(chǎn)，注水系統(tǒng)在滿足本油田原有注水井需求的基礎(chǔ)上，還需要為上游油氣田提供注水水源。對注入水的需求量增加，原有海水處理系統(tǒng)的處理量已無法滿足，需要對現(xiàn)有海水處理系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，已滿足接近翻倍的注水需求量。

2 改造方案分析

通過對海水系統(tǒng)的整體摸查，海水提升泵、脫氧塔、真空泵、次氯酸鈉裝置以及粗過濾器等均滿足擴(kuò)容要求，制約處理量進(jìn)一步提升的關(guān)鍵在于海水細(xì)過濾器。要滿足目前的需求量，海水細(xì)過濾器的處理量大約要提升40%。因此改造的關(guān)鍵在于對海水細(xì)過濾器進(jìn)行擴(kuò)容改造。改造的思路主要兩個方向[1]。

(1)按照常規(guī)思路，加裝一套海水細(xì)過濾器裝置以及配套設(shè)施。此方案需要進(jìn)行大幅度的硬件改造和擴(kuò)容，投資數(shù)額較大，且工期較長，工作量較大，施工難度高，且現(xiàn)場場地空間有限，難以實(shí)施。

(2)在現(xiàn)有硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過對控制邏輯優(yōu)化的方法對海水細(xì)過濾器的處理能力進(jìn)行內(nèi)部挖潛，實(shí)現(xiàn)處理能力擴(kuò)容。通過對細(xì)過濾器的控制邏輯進(jìn)行梳理分析，最終確定了邏輯優(yōu)化的可行性。

在原有的細(xì)過濾器的控制邏輯中，細(xì)過濾器反洗后將進(jìn)入幾個小時的等待時間，等待下一個過濾器進(jìn)入反洗，該過濾器才循環(huán)進(jìn)入過濾狀態(tài)。因此要考慮將細(xì)過濾器的等待時間利用起來，即反洗過后立即進(jìn)入過濾狀態(tài)，強(qiáng)制取消等待時間，極大的延長了細(xì)過濾器的過濾時間，順利實(shí)現(xiàn)三臺過濾器同時在線過濾，每臺過濾器的過濾時間增加20%，實(shí)現(xiàn)了處理水量至少增加40%，填補(bǔ)了處理水量偏少的缺口。

3 程序優(yōu)化實(shí)施

油田注水系統(tǒng)現(xiàn)場控制系統(tǒng)主要包括一套GE Fanuc 可編程邏輯控制器系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)和中控監(jiān)控系統(tǒng)。現(xiàn)場監(jiān)控通過一臺西門子一體工控機(jī)實(shí)現(xiàn)，中控操作站通過Cimplicity ME 5.5軟件組態(tài)后進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。現(xiàn)場控制系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)控站和中控室操作站之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，相互交換數(shù)據(jù)，進(jìn)行報警提示。此次作業(yè)在非停產(chǎn)的情況，通過對程序進(jìn)行在線編輯和編譯后下裝運(yùn)行。

3.1 增加控制模式選擇按鈕

此次優(yōu)化在原有單獨(dú)控制模式下，增加了三臺同時在線功能，為保證功能的自主選擇以及原有功能的完整性，需先行增加控制模式選擇按鈕。

如圖1所示，在注水系統(tǒng)操作站STATUS畫面上增加一個細(xì)過濾器在線個數(shù)切換按鈕，此按鈕可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工況對細(xì)過濾器同時在線的個數(shù)進(jìn)行選擇。同時為了規(guī)避操作風(fēng)險，還增加管理員操作權(quán)限，需要登錄以后才可以進(jìn)行控制模式的切換。按鈕地址鏈接對應(yīng)PLC中的%M00380。

圖1 增加細(xì)過濾器控制模式選擇按鈕

需要指出的是，為保證切換過程中細(xì)過濾器的正常工作，在三臺細(xì)過濾器在線的工況下如果要切回兩臺細(xì)過濾器運(yùn)行，只能在三臺不同時在線或等待反洗的情況下進(jìn)行。因此，在三臺臺同時在線工作的情況下，需要讓其中一臺進(jìn)入反洗模式，可以在現(xiàn)場控制柜上將任意一臺過濾器的模式選擇開關(guān)切換到OOS模式，再切回Auto模式，也可以通過在操作站上修改過濾時間，強(qiáng)制讓一臺細(xì)過濾器進(jìn)入反洗，這樣就能順利將細(xì)過濾器控制模式由三臺在線切回兩臺在線。

3.2 反洗控制邏輯優(yōu)化

細(xì)過濾器工作控制程序包括24個步驟，包括反洗、過濾、充壓和等待等過程，工作流程復(fù)雜，各個流程之間的切換標(biāo)志位清晰。在原有設(shè)計中，當(dāng)工作流程進(jìn)入到第21步時，反洗細(xì)過濾器即完成反洗，進(jìn)入等待模式，直到另外一臺細(xì)過濾器開始反洗，該過濾器循環(huán)進(jìn)入過濾狀態(tài)。因此程序修改的核心，當(dāng)選擇三臺細(xì)過濾器同時在線模式時，需要修改步驟之間跳轉(zhuǎn)的標(biāo)志位，使反洗過濾器順利跳過反洗后的等待時間，當(dāng)反洗完成后立即進(jìn)入正常過濾狀態(tài)。具體程序修改部分如圖2所示。

圖2 部分程序段截圖

同時，當(dāng)細(xì)過濾器數(shù)量切換后，對應(yīng)每臺海水細(xì)過濾器的流量自動控制設(shè)定值會在在原基礎(chǔ)上會出現(xiàn)變化，為保證流量控制的無擾動切換，需要通過修改程序?qū)α髁靠刂频脑O(shè)定值進(jìn)行賦值優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)每臺過濾器進(jìn)行精確的流量控制功能(如圖3所示)。

圖3 流量設(shè)定值賦值

4 結(jié)語

注水系統(tǒng)細(xì)過濾器經(jīng)過此次控制程序優(yōu)化之后，注水系統(tǒng)運(yùn)行正常，處理水量在原基礎(chǔ)上有了顯著的提高。相比以前的運(yùn)行模式，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)在沒有大量追加資金的情況下，實(shí)現(xiàn)了處理水量的極大擴(kuò)容，降低了運(yùn)行成本。

(2)在水量得到擴(kuò)容的同時，海水的處理質(zhì)量也得到保證。

(3)在畫面上增加細(xì)過濾器運(yùn)行數(shù)量切換按鈕，同時增加操作權(quán)限，避免了誤操作造成注水系統(tǒng)關(guān)停。

(4)滿足了油田上下游的注水需求，為油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)提供保障。