聚合物注入井高壓稀釋水流量調(diào)節(jié)技術(shù)

胡博文 大慶油田采油三廠

聚合物注入井高壓稀釋水流量調(diào)節(jié)技術(shù)

胡博文 大慶油田采油三廠

聚合物注入井高壓稀釋水流量調(diào)節(jié)控制是注入站自控系統(tǒng)主要任務(wù)之一。聚合物注入井高壓稀釋水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由流量?jī)x表、閥門(mén)、PLC控制器、上位機(jī)構(gòu)成。系統(tǒng)采用最小二乘法擬合閥門(mén)開(kāi)度與清水流量的關(guān)系，以掌握閥門(mén)特性。采用PLC控制可利用現(xiàn)場(chǎng)原有的控制系統(tǒng)，只需在PLC中增加幾個(gè)模擬量輸入、輸出模塊即可，成本較低，現(xiàn)場(chǎng)閥位數(shù)據(jù)可通過(guò)PLC上傳至上位機(jī)，操作人員只需在電腦旁就可觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備運(yùn)行情況，既可在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)也可通過(guò)電腦操作調(diào)節(jié)閥門(mén)，降低投資成本的同時(shí)增加了系統(tǒng)的集成度。

稀釋水流量調(diào)節(jié)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；流量預(yù)測(cè)；模糊控制；監(jiān)控中心

1 系統(tǒng)構(gòu)成及功能

聚合物注入井高壓稀釋水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由流量?jī)x表、閥門(mén)、PLC控制器、上位機(jī)構(gòu)成。流量?jī)x表將檢測(cè)到的清水流量與母液流量信號(hào)傳送至PLC，PLC利用采集到的流量信號(hào)，通過(guò)控制程序?qū)崟r(shí)計(jì)算閥門(mén)控制量，最后PLC將控制信號(hào)送入調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。PLC將所有信號(hào)通過(guò)PROFIBUS—DP通信方式上傳至上位機(jī)中進(jìn)行實(shí)時(shí)在線顯示、處理分析，并建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，以供操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控與歷史查詢。操作人員也可通過(guò)電腦對(duì)控制閥門(mén)進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，提供人機(jī)界面，完成人機(jī)交互功能。新系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比，在降低項(xiàng)目投資的同時(shí)解決了原系統(tǒng)只能進(jìn)行就地自動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)閥位信號(hào)遠(yuǎn)傳及遠(yuǎn)程控制的問(wèn)題。

（1）水量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)采用最小二乘法擬合閥門(mén)開(kāi)度與清水流量的關(guān)系，以掌握閥門(mén)特性。最小二乘法通過(guò)最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配。利用最小二乘法可以簡(jiǎn)便地求得未知數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。擬合后的閥門(mén)開(kāi)度與流量關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 閥門(mén)開(kāi)度與流量關(guān)系曲線

（2）流量預(yù)測(cè)模型。清水流量的大小、特性，對(duì)于配比后聚合物濃度合格與否及節(jié)能等極為重要。對(duì)系統(tǒng)未來(lái)清水流量的大小和特性進(jìn)行快速精確的預(yù)測(cè)是整套控制系統(tǒng)控制效果好與壞的關(guān)鍵之一。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力和并行信息處理能力，非常適用于多變量、高度非線性的流量預(yù)測(cè)。流量預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立關(guān)鍵在于輸入輸出變量的選取、隱含層層數(shù)的確定、隱含層單元數(shù)的確定、連接方式的選擇、預(yù)測(cè)時(shí)間步長(zhǎng)的確定、初始參數(shù)的選擇等。

（3）控制算法。使用傳統(tǒng)的PID控制器難以獲得良好的控制效果，而模糊控制是基于智能控制理論，對(duì)具有大慣性、大滯后、隨機(jī)分布參量的復(fù)雜系統(tǒng)具有較好的控制效果，能夠很好地控制稀釋液的流量。模糊控制的優(yōu)點(diǎn)是它不要求掌握受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，而根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表，然后采用模糊推理的方法實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的在線控制。

（4）監(jiān)控中心的系統(tǒng)組態(tài)。系統(tǒng)操作平臺(tái)采用Windows 2000操作系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和兼容性。監(jiān)控軟件采用Wincc組態(tài)軟件，實(shí)踐證明該軟件具有貼近實(shí)際、擴(kuò)展功能強(qiáng)、界面友好、易操作等特點(diǎn)。其可為用戶提供基本的圖形編輯功能，同時(shí)利用Active X技術(shù)和OLE技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖形界面靜態(tài)和動(dòng)態(tài)畫(huà)面的組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、診斷報(bào)警、歷史查詢和配比控制功能。

2 實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)

稀釋水流量控制誤差≤5%。通過(guò)對(duì)清水流量的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析和處理，建立流量預(yù)測(cè)模型和控制算法的研究等，使高壓稀釋水控制達(dá)到良好效果。試驗(yàn)選在薩北17—2注入站，利用PLC控制系統(tǒng)對(duì)高壓稀釋水流量進(jìn)行控制，并對(duì)其進(jìn)行跟蹤，繪制曲線見(jiàn)圖2。混配后注入指標(biāo)符合油田開(kāi)發(fā)要求。

圖2 清水流量誤差曲線

3 結(jié)論

（1）系統(tǒng)集成度高，成本低。原系統(tǒng)對(duì)流量控制采用一對(duì)一控制，即一路流量采用一臺(tái)控制器對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)控制，增加了企業(yè)的成本。采用PLC控制可利用現(xiàn)場(chǎng)原有的PLC控制系統(tǒng)，只需在PLC中增加幾個(gè)模擬量輸入、輸出模塊即可。現(xiàn)場(chǎng)閥位數(shù)據(jù)可通過(guò)PLC上傳至上位機(jī)，操作人員只需在電腦旁就可觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備運(yùn)行情況，既可在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)也可通過(guò)電腦操作調(diào)節(jié)閥門(mén)，降低投資成本的同時(shí)增加了系統(tǒng)的集成度。

（2）采用軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。軟件濾波是通過(guò)軟件算法將數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理，從而屏蔽掉噪聲和干擾產(chǎn)生的雜波信號(hào)，獲得可用的真實(shí)數(shù)據(jù)的一種數(shù)據(jù)處理方法，也可以說(shuō)是通過(guò)程序處理的方式完成數(shù)據(jù)采集信號(hào)的處理。軟件濾波具有以下優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字濾波用軟件實(shí)現(xiàn)，不需要增加硬件設(shè)備，因而可靠性高、穩(wěn)定性好；模擬濾波通常是各通道專(zhuān)用，而數(shù)字濾波則可多通道共享，從而降低了成本；數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低(如0.01 Hz)的信號(hào)進(jìn)行濾波，而模擬濾波由于受電容容量的限制，頻率不可能太低；數(shù)字濾波可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，其具有靈活、方便及功能強(qiáng)等特點(diǎn)。

（3）利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測(cè)流量。針對(duì)時(shí)延問(wèn)題控制界學(xué)者提出過(guò)一些解決方案，都假定延遲時(shí)間為已知且恒定，一旦延遲時(shí)間發(fā)生變化可能引起控制效果的惡化，甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。時(shí)延一般是有跡象可循的，根據(jù)系統(tǒng)時(shí)延的特點(diǎn)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于流量時(shí)延的預(yù)測(cè)中，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)與基于模型補(bǔ)償?shù)难舆t系統(tǒng)控制策略相結(jié)合，可以解決延遲模型誤差問(wèn)題。通過(guò)在線辨識(shí)和參數(shù)調(diào)節(jié)，在時(shí)延變化時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償可收到很好的控制效果。

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.5.010