單井高壓注水泵閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

管會(huì)寧，王洪雨，戴元青

(中國石油遼河油田歡喜嶺采油廠，遼寧 盤錦 124114)

一、概況

隨著油田開發(fā)的發(fā)展，地層注水越來越引起人們的重視，保證平穩(wěn)高效注水已經(jīng)成為保持穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的重要因素。單井安裝增壓泵的增壓注水方式，可以有效提高注水量，達(dá)到提高低滲透油田注水波及效率和采收率的目的。而注水泵的平穩(wěn)高效運(yùn)行，是油田持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施之一。如何提高注水泵的可靠性和充分發(fā)揮其效能成為研究的方向。

二、控制系統(tǒng)原理

高壓注水井通常由變頻控制柜、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送柜、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、注水泵、壓力溫度及流量檢測顯示系統(tǒng)和注水井工藝流程組成。變頻控制柜由電源和變頻器及測量保護(hù)電路組成，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送柜將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)通過自建局域網(wǎng)無線傳輸?shù)叫≌緮?shù)據(jù)終端，管理人員根據(jù)出口流量計(jì)顯示的瞬時(shí)流量數(shù)據(jù)，調(diào)整變頻器的頻率以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速從而改變瞬時(shí)流量值。整套控制系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)式的控制，沒有反饋環(huán)節(jié)。變頻器PID閉環(huán)控制系統(tǒng)與流量計(jì)保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)合就形成了優(yōu)勢互補(bǔ)，平穩(wěn)運(yùn)行與安全可靠的高效節(jié)能模式。單井注水泵閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)(見圖1)硬件由流量計(jì)和流量計(jì)的壓力變送器、信號(hào)隔離器、多功能數(shù)顯儀表、時(shí)間繼電器和中間繼電器及變頻器等組成。

圖1 閉環(huán)自動(dòng)控制原理圖

三、閉環(huán)系統(tǒng)的功能

1.根據(jù)流量計(jì)瞬時(shí)值的變化自動(dòng)改變變頻器的運(yùn)行頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到穩(wěn)定流量的作用。

2.保護(hù)啟動(dòng)(停泵)條件：流量低于設(shè)定值、來水壓力低、停水、流量接近零、流量計(jì)被卡住、水井注不進(jìn)水。

3.保留原系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

四、特點(diǎn)

1.實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能管理，滿足生產(chǎn)要求，高效、節(jié)能、安全穩(wěn)定。

2.引入變頻器PID控制功能，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、分析、比較和輸出及保護(hù)，達(dá)到控制過程完全自動(dòng)化的目的。

3.增加了模擬量控制保護(hù)，保護(hù)功能可靠性高，對于誤動(dòng)作自動(dòng)延時(shí)分析判斷。

4.報(bào)警準(zhǔn)確，保護(hù)動(dòng)作后流量計(jì)故障報(bào)警指示燈亮起，同時(shí)數(shù)字顯示表顯示當(dāng)前的流量值。

5.結(jié)合遠(yuǎn)傳功能實(shí)現(xiàn)兩地監(jiān)視控制，給維修和故障判斷帶來極大的方便。

6.在控制屏面上增加流量計(jì)顯示儀表，使瞬時(shí)流量在控制屏上顯示出來，便于調(diào)頻控制的操作。

五、應(yīng)用

單井注水泵閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)，改造簡便，目前單井注水泵現(xiàn)場流程和配電設(shè)施等硬件已基本能滿足自動(dòng)控制設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)調(diào)試靈活方便，可實(shí)現(xiàn)多方位、多層次、多樣化智能控制，既可用于輸油站外輸泵的自動(dòng)控制，還可應(yīng)用于小的轉(zhuǎn)油點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打油。對于螺桿泵、柱塞泵都可利用生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)結(jié)合變頻器和PLC等對設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，對于降低生產(chǎn)成本和管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度起到積極的作用。在節(jié)能降耗方面同樣有著巨大的潛力。