海上油田注水井遠程控制優化設計與改造效果

王 昆，王 松，劉曉亮，馮海濤，于昊成，王利剛

（中海石油（中國）有限公司天津分公司工程建設中心 天津 300457）

0 引 言

注水泵、注水井是油田生產的關鍵設備，在海上石油平臺的日常生產過程中通過注水泵將注水壓力升高以使油田符合注入壓力，進而通過注水管匯對各個注水井進行注水作業。海上某石油平臺共有3臺注水泵，正常工況下注水泵為兩用一備，由于油田中控系統在設計時未在注水泵異常停泵后設置調節注水井相關邏輯，當單臺注水泵異常停泵時另外一臺注水泵負荷將突然增大，操作人員無法即刻實現啟泵或者關停相關注水井等操作，不利于設備正常運轉，可能出現過載停泵情況，從而導致注水緩沖罐液位高報警，還可能造成次生的生產關斷等事件。針對這類問題，在經濟和效率的雙重考慮下，對中控系統程序進行了適應性改造。圖1為單臺注水泵運行溫度曲線。

圖1 單臺注水泵運行溫度曲線Fig.1 Operating temperature curve of single water injection pump

本次改造主要基于以下3個方面考慮：①經濟性；②可操作性；③人員工作效率。根據運行機理，同時兼顧設備的本質安全性，避免由于添加設備而造成的經濟和設計問題，計劃在中控系統中通過程序組態在監控界面（HMI）增加軟按鈕，在不改變原有邏輯和設計基礎的前提下進行中控系統的組態工作。

當中控系統檢測到注水泵異常停泵后，由操作人員確認現場流程和設備狀態，并根據實際情況選擇遠程手動關停注水井，以降低注水泵運行負荷，保證應急反應處理時間，有效控制生產流程的穩定。

1 改造方案研究

油田現有注水井 11 口，注水井壓力由注水泵提供，井口裝置配備有地面安全閥、井下安全閥，當注水泵異常停泵時，從中控遠程選擇關閉注水井的地面安全閥即可實現停運注水井，從而有效緩沖注水量變化對流程和注水泵的沖擊。在操作人員抵達現場后，對備用注水泵進行啟泵操作，并在井口控制盤處恢復地面安全閥的狀態。

注水井地面安全閥通過 ESD 系統進行輸出控制，對地面安全閥控制邏輯進行檢查修改后，在 SM系統組態中增加手動/自動切換功能和強制開關功能，在 Quick Builder 第三方通信軟件中新建點位并將SM系統相關點位地址建立連接，在 HMI 畫面增加地面安全閥的手動/自動切換按鈕和強制開關按鈕并與Quick Builder 第三方通信點建立連接，保存并下裝相關組態。進行功能測試，確保功能正常［1］。

2 設計方案實現過程

海上某在生產油田中心平臺和井口平臺中控系統分別使用 Honeywell 和 BB 兩種不同品牌的控制器，通過 Quick Builder 實現兩種控制器的標準點的組態工作，即通過將 ESD 系統中開關地面安全閥地址寫入 Quick Builder 中，在 HMI 畫面上鏈接相應地址實現地面安全閥的動作。

①對中控系統當前程序進行備份，避免由于下裝或操作失誤導致的程序丟失。

②本方案計劃使用ESD信號發出指令，實現地面安全閥開關動作，檢查井口的控制盤注水井地面安全閥電磁閥信號線接入中控ESD系統［2］。

③檢查WHPA-ESD邏輯組態，檢查確認注水井地面安全閥對應的輸入輸出回路，若無手自動切換和強制動作點則進行添加并下裝組態。圖2為地面安全閥對應的輸入輸出回路。

圖2 地面安全閥對應的輸入輸出回路Fig.2 Input and output circuit corresponding to ground safety valve

④檢查ESD系統輸入輸出點的PLC地址和SOE地址，每個電磁閥需檢查4個點：WHPA-UYWH1010（輸出點）、 WHPA-UY-WH1010IND（狀態顯示點）、 WHPA-UY-WH1010-M（手自動切換點）、WHPA-UY-WH1010-F（強制輸出點）。

⑤在Quick Builder通信軟件中建立注水井地面安全閥通信點，每個電磁閥建立4個點（與ESD系統一致），檢查所有點位的MAIN菜單下的PV source address，將該地址鏈接至ESD系統的地址。

⑥將Quick Builder點中WHPA-UY-WH1010（輸出點）建立與WHPA-UY-WH1010-F（強制輸出點）的控制關系，在輸出點的control菜單中的output中輸入WHPA-UY-WH1010-F的地址。

⑦將Quick Builder點中WHPA-UY-WH1010IND（狀態顯示點）建立與WHPA-UY-WH1010-M（手自動切換點）的控制關系，在狀態顯示點的control菜單中的mode中輸入WHPA-UY-WH1010-M的地址。

⑧Quick Builder通信點建立完成后對修改點進行download下裝。

⑨在HMI畫面組態中建立注水井地面安全閥手自動選擇及強制開關按鈕，將參數連接至Quick Builder點。圖3為強制開關按鈕及鏈點。

圖3 強制開關按鈕及鏈點Fig.3 Forced switch button and chain point

⑩在HMI畫面組態中建立注水井地面安全閥手動/自動選擇及強制開關按鈕，并將參數連接至Quick Builder點。

?保存畫面數據，自動同步至各服務器和操作站。

?對單口注水井關閉地面安全閥進行功能測試，將現場地面安全閥鎖定，防止意外關井造成不良影響，從中控畫面手動關閉地面安全閥，井口盤對應電磁閥關閉則判斷功能正常。恢復注水井地面安全閥正常工作狀態，并交接至中控人員［3］。圖4為測試地面安全閥功能反饋。

圖4 地面安全閥功能測試Fig.4 Function test of ground safety valve

3 改造優化效果

該油田現有11口注水井，本次實踐根據生產專業需求對其中5口流量較大的注水井添加中控遠程停井按鈕，經過現場測試，可手動關閉單口注水井地面安全閥。

當中控人員發現注水泵異常停泵后，根據流程調節需求，在油井監控畫面中找到對應注水井地面安全閥按鈕，將控制模式由自動打至手動，然后選擇關閉即可實現單口注水井停井，從而有效緩沖注水量變化對流程的沖擊，避免由于單臺泵運行而造成的高溫停泵，以保護現場設備及生產流程的穩定。經由現場確認完畢后，再由現場操作人員手動啟動備用注水泵，并將注水井流程恢復正常。圖5為單臺注水泵運行溫度曲線，可見在單臺注水泵運行后，泵體溫度有輕微幅度上升，并能夠保持平穩運行。

圖5 單臺注水泵運行溫度曲線Fig.5 Operating temperature curve of single water injection pump

4 總 結

本次注水井遠程關停優化項目可以很好地避免因注水泵異常停泵人員無法即刻操作而引發的生產關斷問題，提高了人員應急反應的效率。本次改造基于原有SIS系統和PKS系統設計進行優化改造，通過第三方通信軟件實現了多個控制系統的融合，實現了較好的聯動功能，提高了現場工作人員的工作效率，降低了油田注水泵的故障率，提高了設備的本質安全性，為海上油田注夠水、注好水提供了技術保障，有效減少了生產損失，創造了良好的經濟和社會效益。■