生產(chǎn)參數(shù)自動監(jiān)測系統(tǒng)在大港油田注水站中應(yīng)用

劉會(大港油田公司第六采油廠，天津 大港 300280)

注水是油田開發(fā)的一種重要的方式，是一種維持油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效措施。但同時，注水也是能耗大戶，注水泵站用電約占油田生產(chǎn)總用電的30%。目前油田80%的注水站均配套了自動化系統(tǒng)，但大部分參數(shù)采集不全面，尤其缺乏對電量參數(shù)和泵工況的采集和安全聯(lián)鎖保護(hù)，且系統(tǒng)老舊嚴(yán)重，自動化系統(tǒng)應(yīng)用意義不大[1]。另外，站內(nèi)只實(shí)現(xiàn)了總耗電量計量，對不同機(jī)泵的單耗沒有準(zhǔn)確的計量，無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備能耗情況分析，電量統(tǒng)計仍采用人工填報形式，自動化程度低，信息孤立。

針對上述問題，為確保注水泵安全高效運(yùn)行，提高注水站自動化水平，實(shí)現(xiàn)注水泵站能耗自動監(jiān)測分析，大港油田開展了注水泵站生產(chǎn)參數(shù)及能耗自動監(jiān)測系統(tǒng)研究，并根據(jù)研究成果開展現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用。

1 系統(tǒng)設(shè)計

注水站生產(chǎn)參數(shù)及能耗自動監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，共分為四層：數(shù)據(jù)采集層---集中控制層---站內(nèi)組態(tài)層—分析應(yīng)用層[2]：

1.1 數(shù)據(jù)采集層

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層主要實(shí)時檢測現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場檢測儀表及傳感器對各生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集并傳輸至集中控制層。

采集參數(shù)：注水泵進(jìn)口母管壓力，出口匯管壓力及流量，單泵電量（電量電壓及變頻狀態(tài)）、進(jìn)出口壓力、出口流量、定子溫度、油箱溫度、軸瓦溫度、壓力。

1.2 集中控制層

集中控制層主要由PLC 系統(tǒng)構(gòu)成，集中監(jiān)控現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，同時通過TCP/IP 形式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計算機(jī)實(shí)現(xiàn)站內(nèi)組態(tài)監(jiān)控。

1.3 站內(nèi)組態(tài)層

站內(nèi)組態(tài)層主要由組態(tài)軟件構(gòu)成實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的站內(nèi)監(jiān)控，安裝在監(jiān)控計算機(jī)上，與PLC 通訊，對采集的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和展示，并通過油田局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至分析應(yīng)用層。

1.4 分析應(yīng)用層

由數(shù)據(jù)服務(wù)器、能耗監(jiān)控分析系統(tǒng)軟件和用戶終端組成，對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理分析，實(shí)現(xiàn)注水站能耗自動計算分析，并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一展示與發(fā)布[3]。

本系統(tǒng)注水站能耗監(jiān)測主要指標(biāo)包括：注水泵容積效率、電機(jī)效率、機(jī)組效率、注水站效率、注水站單耗。

（1）注水泵容積效率：注水泵的實(shí)際排量與額定排量的比值。

式中：ηi容-注水泵容積效率;Qi-注水泵實(shí)際排量，m3/h;Qi額-注水泵額定排量，m3/h。

（2）電機(jī)運(yùn)行效率：電動機(jī)的輸出功率與輸入功率之比。

式中：ηi注水電機(jī)-注水泵電機(jī)效率;Nio-電機(jī)空載功率，KW；Ii-電機(jī)輸入電流，A；Ri-電機(jī)定子直流電阻，kΩ;K-電機(jī)損耗系數(shù)。

（3）機(jī)組效率：注水泵輸出的有效功率與電機(jī)輸入功率的比值。

式中：ηi注水泵機(jī)組-注水泵機(jī)組效率;P2-注水泵出口壓力，MPa；P1-注水泵進(jìn)口壓力，MPa；Ui-注水電機(jī)輸入電壓，V；Ii-注水電機(jī)輸入電流，A；cosφi-電機(jī)功率因數(shù)。

（4）機(jī)組單耗

瞬時單耗：注水泵電機(jī)的輸入功率與注水泵實(shí)際排量的比值。平均單耗：單位時間內(nèi)總耗電量（KW·h）與注水量（m3）的比值。

式中：qi注水機(jī)組—注水泵機(jī)組單耗，KW·h/m3。

根據(jù)注水泵的運(yùn)行壓力計算合格單耗：qi注水機(jī)組=（P2－P1）·Qi/（3.6ηi注水泵機(jī)組）；ηi注水泵機(jī)組=80-85%。

（5）注水站單耗

瞬時平均單耗：注水站內(nèi)運(yùn)行注水泵電機(jī)的輸入功率之和與注水泵實(shí)際排量之和的比值。平均單耗：注水站內(nèi)單位時間內(nèi)運(yùn)行泵耗電量（KW·h）之和與注水站輸出水量（m3）之和的比值。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

基于上述研究，注水站生產(chǎn)參數(shù)及能耗自動監(jiān)控系統(tǒng)在大港油田采油三廠29座注水站開展了現(xiàn)場應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)生產(chǎn)參數(shù)自動采集、集中監(jiān)控，注水泵超壓、超溫停泵保護(hù)，機(jī)泵能耗狀況實(shí)時監(jiān)測，同時在統(tǒng)一應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了所有注水站電量及主要生產(chǎn)參數(shù)的統(tǒng)一管理應(yīng)用，并計算泵站單耗、平均容積效率、平均電機(jī)功率、泵站效率，單泵單耗、容積效率和電機(jī)效率并通過油田局域網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，截止目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)以注水站為研究對象，建立了一套軟、硬件相結(jié)合的注水站生產(chǎn)參數(shù)及能耗自動監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵主要生產(chǎn)參數(shù)自動采集、監(jiān)控、實(shí)時計算、注水泵超壓、超溫停泵保護(hù)、能耗指標(biāo)分析等功能，為注水站向精細(xì)化、自動化、數(shù)字化建設(shè)方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

[1]晏耿成.基于數(shù)字化注水站的能耗監(jiān)測與分析系統(tǒng)設(shè)計.石油天然氣學(xué)報，2013.35：52-53。

[2]韓璞，周黎輝，孫海蓉，黃宇.分散控制系統(tǒng)的人機(jī)交互技術(shù).電子工業(yè)出版社，2007.9：32-35。

[3]鄧麗君.標(biāo)準(zhǔn)化注水站在油田地面工程建設(shè)中的應(yīng)用.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)語質(zhì)量，2012.15：23-25。