注水井智能監測系統在油田的應用

雷文慶　張曉東　張海峰

1山東青年政治學院　2吐哈油田吐魯番采油廠　3中國石油長慶油田分公司采油一廠

注水井智能監測系統在油田的應用

雷文慶1張曉東2張海峰3

1山東青年政治學院2吐哈油田吐魯番采油廠3中國石油長慶油田分公司采油一廠

在油田開發過程中，注水井一般采用人工調節方法來控制單井注水量，此方法難以保證一線生產設備的正常運轉和生產數據的有效收集。在基于物聯網的注水井智能監測系統中，無線壓力變送器、電源管理模塊、控制主機、報警系統、流量計、RTU分別與控制主機相連，光電隔離器、D/A轉換器、電機、智能控制調節閥依次相聯，串口擴展電路與RTU相連，GPRS模塊、上位機分別與串口擴展電路相連，檢測處理的數據通過CDMAGPRS模塊傳回至油田企業內部網。該系統實現了各類儀表的相互聯通、生產參數的實時采集、配注量的實時調配、相關生產報表的自動生成等一系列功能。由于該裝置具有遠程監控和調節功能，在未來的生產規劃上，可以適當增加配水間內遠程監控設備的安裝量，以降低工作人員勞動強度和生產管理成本。

注水井；智能監測系統；物聯網；無線傳輸；配注

在油田開發過程中，注水井一般采用人工調節方法來控制單井注水量。由于配水間內分配水不精細、不均勻，以及井口閥門開度不對扣，常與要求水量存在誤差，難以保證一線生產設備的正常運轉和生產數據的有效收集，達不到精細注水的要求。基于物聯網的注水井智能監測系統，可進行生產基礎數據的自動收集、存儲，通過加載無線遠程裝置進行數據傳輸，強化單井的免人工監管水平和智能級別。

1　智能監測系統應用現狀

大慶油田采油六廠共有注水井3659口，配水間72座，并有較大規模、運行多年的注水系統。近年來，數字化油田的建設及指導方向更加明確，各生產作業區在開采過程中，針對油井及站庫的數字化建設已經采用了一些新興技術及手段（尤其是在油井開采過程中的實時數據采集、無線傳輸以及遠程控制等環節進行了較多的現場建設和實際應用），為油田注水井的自動監控系統建設提供了可靠的保障[1]。在生產現場，注水井與油井是有很大不同的，例如水井的現場大多數都是沒有電力線路通過的井場，缺少電力支持，也就沒有設備供電系統的保障；其次，智能監測系統主要是以調節閥門的開度來實現各項功能，真正的智能技術其實還是反應在注水量的實時調控上，通過調節注水量來達到單井需要的注水壓力，閥門開度的自動調節功能是整個系統的重點技術環節，對壓力等一系列數據的反饋及控制能力制定了更為嚴格的標準；另外，具有類似功能的水系統儀表，選擇跨度更寬泛，通用性超過了油井儀表，各類可應用的儀表品牌數量多，雖然在資金控制上有一定優勢，但卻難以實現一體化管理。

近年來，很多廠家基于目前的物聯網技術，升級研發了注水井智能系統的軟、硬件配置，硬件結構多采用整體安裝模式，數據信號采集裝置與通信裝置利用微功耗設備來配備，光能甚至蓄電池都可以實現長時間為其穩定供電，井場缺乏電力設施的難題得以初步解決。整套系統應用了最新的PID閉環回路控制技術，通過比較實時流量監測數值與流量標定值，當實時流量與標定值有差距時，開啟或關閉流量開關閥門，調整配注量以達到生產需求，在不間斷監測和調節過程中實現了智能化生產。為實現統一管理，配備了完全標準化的統一表頭，在硬件維護及保養的過程中，能夠真正做到互聯、互通、互換的標準化管理，統一的標準化配備有效保障了物聯網體系的自查能力，儀表在生產過程中的維護保養工作量大大降低。

2　智能監測系統的基本結構

基于物聯網的注水井智能監測系統結構[2]如圖1所示，無線壓力變送器、電源管理模塊、控制主機、報警系統、流量計、RTU分別與控制主機相連，光電隔離器、D/A轉換器、電機、智能控制調節閥依次相連，串口擴展電路與RTU相連，GPRS模塊、上位機分別與串口擴展電路相連，檢測處理的數據通過CDMAGPRS模塊傳回至油田企業內部網。

注水井每天所需的配注量，可以通過無線遠傳的方式自行設定。日配水量等一系列相關數據由遠程終端控制系統（RTU）通過無線信號獲取，根據差值大小來自動調控閥門。在調控閥門的同時，將實時、總計流量數據以及單井壓力數據反饋至RTU，封存數據信息至生產網絡系統。所獲取的數據經過項目執行控制系統（iPES）比對計算，生成相關生產報表并能夠呈現在生產網絡頁面上，而用戶可以進一步通過系統，提前設定單井所要求的日配注量，通過系統的循環計算方法，來完成流量的穩定控制。

圖1　注水井智能監測系統

3　智能監測系統的優勢

智能監測系統可使注水井儀表設備實現互聯互通，在實現互聯互通的同時，對注水參數進行實時采集、記錄、存儲與發布，最終完成注水井的智能調配和精確注入，在基于遠程控制的基礎上，使智能監測真正實現無限遠傳和記錄[3]。

在數據傳輸和記錄的過程中，提高了注水井管理的自動化水平以及智能化水平，使水井的管理和監測能夠達到數字化和智能化的要求。

4　智能監測系統在油田中的應用

將基于物聯網的注水井智能監測系統整合成一套完整的平臺系統進行實際應用[4]，實現了各類儀表的相互聯通、生產參數的實時采集、配注量的實時調配、相關生產報表的自動生成等一系列功能。由于該裝置具有遠程監控和調節功能，在未來的生產規劃上，可以適當增加配水間內遠程監控設備的安裝量，以降低工作人員勞動強度和生產管理成本。

采油六廠在2012年完成的底部進線配水間設計項目中，首次在單體配水間內安裝了19套井口監測裝置，并具備設定標準及自動調節的功能，其自動化、智能化水平在日常生產過程中都有著充分的體現。另外，新疆油田等實驗區也在論證監測裝置應用的可行性，并安裝過類似裝置，尤其是在偏遠生產區，這類裝置的合理性和經濟性得到了驗證。通過近年來對智能監測系統的調研和比較，該系統的主要功能體現在以下幾個方面：

（1）無線傳輸是注水井遠程控制系統的最大優勢，正常運行期間單井工況、數據可以自動獲取和傳輸，在偏遠的生產現場，維護人員能及時掌握水井的動態變化，提高生產效率。

（2）配注過程可以實現恒流注水，系統通過運行自動計算和實時調節功能，使流量穩定并能夠達到平穩恒流注水。配注量調節精度的方式為無級調節，實時比對的同時能做到精確調節，誤差可以控制在1%以內。

（3）基于B/S的系統查詢，是建立在數據庫之上的網頁瀏覽方式，查詢方式十分便捷，報表生成過程實現自動化，單井單日配注量通過系統可以上傳、上報。

（4）供電方式通常為直流24V，可以由太陽能電池供電，也可以通過附近井場變壓器電源配電，在現場或遠程電腦上都能夠啟停系統，并實現人工操控和調節。

5　結語

根據目前注水井的現場情況及生產需求，注水井智能監測系統基本實現了注水參數的標定及獲取、單井工況不間斷記錄、配注量的自動調節控制，從而大幅度地減輕了工人勞動強度，強化了生產信息的精確性，在技術手段上規避了人為誤操作的可能，提升了油田管理的自動化水平，向全面建設數字化油田的大目標邁近了一步。其技術逐漸完善，可在較大生產平臺上進行遠程設置，自動計算、調節，將記錄推近到單井井口，最終全面取消注水間人工管理，簡化生產工藝流程，減少維護及投資成本。另外，工藝流程的簡化也就意味著壓力損失降低，能量消耗減少的同時提高了生產效率。物聯網技術在進步和更新，遠程智能監測系統隨之逐年完善，完成生產系統與物聯網系統的全面對接，主要是強化硬件自我修復能力，精確反饋設備實時故障，完善系統各方面能力配備，為整個油田系統的功能擴展提供有效的保證。

[1]闞秀芹，李成武，郭雁，等．注水井智能一體化遠程計量監控裝置[J]．油氣田地面工程，2011，30（10）：62-63.

[2]侯培國，周朝霞，于國輝．油田注水井無線智能測控系統[J]．油氣田地面工程，2010，29（10）：50.

[3]李樹柏．注水系統小型站場標準化設計[J]．油氣田地面工程，2013，32（11）：32.

[4]伊善利，周明卿，鮑秀華，等．注水參數自動監控平臺的建設[J]．油氣田地面工程，2012，31（3）：35.

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.12.024

2015-03-17