油田注水站自動化探討

聶斌 詹江 印士濤 婁真真

摘要： 隨著油田進入高含水開發期，注水量大幅度增加，油田注水已成為采油的主要工藝手段，也是油田穩產保產、保護環境的重要措施。開展油田注水站自動化，實現注水站中儲水罐、注水管網、注水泵、水泵房、注水閥組等主要設備的監控和自動控制，對實現油田“注夠水，注好水”的注水目標，建成節能、環保、運行效率高的智能化、數字化的油田注水系統有著重要意義。

關鍵詞： 注水站;自動化;工藝流程;

青海油田的勘探始于1954年，是中國石油工業發展的先驅之一。目前油田油藏立足水驅，推進三采，注水采油依然是油田穩產上產的主要工藝，隨著油田開發對注水的要求更加嚴格，既要求注入水質達到規定的環保要求，又對注入水水量的平穩性有了更高的要求。因此，研究注水站自動化對于提高注水效率、保證油田的穩定運行、降低職工勞動強度和用工成本，提高企業的效益具有重要的意義。

1油田注水站自動化必要性

1.1 注水壓力波動影響有效注水

隨著油田開發的深入，油田注水規模的不斷擴大，特別是低滲透油藏注水壓力要求越來越高，注水系統局部管網負荷過重，部分注水井達不到配注要求。于是采取干線提壓，產生注水壓力波動，同時造成系統能耗高、效率低下，部分注水井發生超欠注問題，成為油田實現精細注水目標的阻礙之一。因此，在滿足油田注水工作量的前提下，如何提高注水系統效率，實現有效注水是研究注水站自動化的重要目標。

1.2 員工勞動強度大

注水站員工日常采集的資料主要包含儲液罐的液位、注水分壓、管壓、注水流量等參數，資料均以報表的形式體現。同時由于現場注水井位置相對分散，現場還需員工定時進行巡井并對注水量進行調節，勞動強度很大。現場人工進行配注調節，操作頻繁，經常發生超、欠注現象，達不到配注壓力和流量的要求。特別是在注水現場的夜班，由于技術、責任心等因素，超欠注現象更容易發生，管理難度大。

1.3 注水成本高

自動化程度低、需要人值守的注水站比無人值守注水站多配備2-3名崗位員工，注水人工成本偏高。當注水工況發生變化時，崗位員工未能及時進行相應調整，會導致注水單耗增加。尤其是水泵抽空或電機、泵軸承以及軸瓦過熱等現象未及時發現，導致設備損壞，設備維護修理成本將大大增加。

2注水站自動化工藝

2.1 自動化控制簡介

采用以計算機為核心的 PLC（Programmable Logic Controller）控制系統。站控制系統（SCS—Station Control System）具有自動監控和報警功能，對重要設備狀態和工藝參數能有效檢測和自動控制，所有數據和操作均具有歷史追溯能力。值班室設置操作站、工程師站、打印機等，通過控制系統的人機界面，對注水站工藝的生產動態參數進行實時監控，提供指導現場生產工藝的重要參數。

2.2 注水站自動化目的

2.2.1 實現水罐液位檢測，并與進罐、出罐電動閥聯鎖，保證液位在正常范圍內，減少人工手動開關閥門。

2.2.2 實現恒壓注水，減少注水壓力波動，保證注水系統穩定。

2.3 自動化控制方案

2.3.1 在注水站水罐進出口安裝電動閥，罐體安裝液位變送器，信號傳輸至PLC控制系統。PLC控制系統可依據水罐液位對進出罐閥門進行開關控制，并同時將液位、電動閥開關狀態傳輸至上一級SCADA系統，與供水系統實現聯動。

2.3.2 水罐出水通過喂水泵輸送至注水泵進口，為保證注水系統平穩運行，需檢測喂水泵出口即注水泵進口壓力，壓力信號傳輸至PLC控制系統，注水泵進口壓力值與注水泵啟停聯鎖，當注水泵進口壓力不滿足工藝要求時，注水泵無法啟動、聯鎖停泵。

2.3.3 注水泵出口安裝壓力變送器，對注水泵出口水壓進行檢測，信號傳輸至PLC控制系統，PLC系統依據采集到的壓力與設定注水壓力相比較，通過PID調節運算，輸出信號至變頻器，變頻器接收到頻率控制信號后，調整注水泵電機運行頻率，實現注水壓力、流量的平衡調整。

2.4 注水站PLC控制系統可實現功能

2.4.1 工頻、變頻運行指示、注水泵進口壓力顯示、出口壓力顯示、泵潤滑油溫度顯示、電機軸承溫度顯示。

2.4.2 泵出口超壓報警，泵入口低壓報警。

2.4.3 泵潤滑油溫度超溫報警，電機前后軸承高溫報警。

2.4.4 故障、報警內容查詢，參數運行曲線查詢，電量計量功能。

2.4.5 控制回路電機風扇、交流接觸器輔助觸點連鎖保護。

2.4.6具有變頻啟動（包括自動恒壓閉環控制和手動控制）。

2.4.7 PLC站控系統可以由SCADA等遠程修改設定值，遠程調參、啟停注水泵。

3實現自動化后的效果

3.1提高注水設備運行的平穩和安全

通過注水站的自動化建設，能準確及時地為注水站值班人員提供設備運行的實時數據，當設備的運行參數及輔助參數超出規定限值時，發出報警，提示值班人員進行處理，如果出現意外的緊急狀況，系統將在啟動聯鎖保護，停運注水設備，避免設備事故發生。

3.2降低注水井單耗，提高經濟效益

注水站自動化系統可以實現對設備運行的自動調控。在保證機泵運行安全的基礎上，針對注水動態變化進行及時的動態調控，杜絕了因調整不及時調整而出現的節流增大損失與閥門開度減少等的情況，可降低注水井單耗，提高注水能效。

3.3降低設備磨損，降低崗位工人勞動強度

注水站注水設備有狀態監測系統能對設備運行狀態進行全方位的監測和調控，可避免設備事故，同時可開展預防性維修，降低工人更換零部件頻率。系統完善的數據監測功能與調控功能，能夠自動采集數據與調整，減少注水站用工數，使工人的勞動強度降低。

4結論

注水工作是油田生產的重要組成部分，注水站自動化在某種程度上代表了油田數字化的應用的水平，注水站自動化工程通過實現注水井流量壓力的自動調控，注水站減人值守，達到減少生產管理人員數量，降低勞動強度目的。

通過隊注水站自動化的改造，將改善油田注水的生產平穩和安全，通過對注水機泵設備的實時調節可保證設備高效運行，降低注水壓力波動和設備能耗，減少設備事故發生幾率，節約設備維修時間和成本。有利于油田的可持續發展，將會產生良好的企業的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1] 李德軍，馬延軍等.自動化監控技術在油田注水泵站的應用[J].油氣田地面工程，2002，57（3）：88—89