程序優化在提升注水系統處理水量中的作用

李孝嶺，金先陶，譚永紅，母鵬彰(中海石油中國有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524000)

0 引言

某油田注水系統主要流程為從海水提升泵上來的海水進入粗過濾器，經初步過濾后進入細過濾器，進一步精細過濾的海水進入脫氧塔，通過真空泵使脫氧塔形成真空，經脫氧后的海水進入增壓泵增壓，被增壓到使海水的壓力滿足注水泵的吸入壓力，最后，再經海水注水泵增壓至標準壓力，進入注水管匯，一部分通過自身平臺注水井，注入目標地層，另外一部分通過海底管線為下設兩個井口平臺提供滿足技術指標的注入水，以滿足油田所有平臺注水井的需求。

其中，注水系統的細過濾器撬塊主要包括三臺細過濾器，三臺細過濾器輪轉進行過濾和反洗，在原始設計中它采用兩臺正常過濾，同時一臺反洗等待的運行模式，當反洗罐反洗完成后進入等待狀態，直到下一個細過濾器進入反洗后開始進行正常過濾。正常運行情況時為保證注水水質合格，細過濾器至少每8小時進行一次反洗。同時細過濾器還具有差壓反洗控制模式，即當細過濾器進出口差壓大于設定值時，無論細過濾器的過濾時間是否已經達到8小時，強制進入反洗狀態。同時等待的細過濾器進入過濾狀態。如此循環往復，保證注水水質要求。

1 改造背景

近年來，隨著不斷滾動開發，上游油氣田的投產，注水系統在滿足本油田原有注水井需求的基礎上，還需要為上游油氣田提供注水水源。對注入水的需求量增加，原有海水處理系統的處理量已無法滿足，需要對現有海水處理系統進行擴容，已滿足接近翻倍的注水需求量。

2 改造方案分析

通過對海水系統的整體摸查，海水提升泵、脫氧塔、真空泵、次氯酸鈉裝置以及粗過濾器等均滿足擴容要求，制約處理量進一步提升的關鍵在于海水細過濾器。要滿足目前的需求量，海水細過濾器的處理量大約要提升40%。因此改造的關鍵在于對海水細過濾器進行擴容改造。改造的思路主要兩個方向[1]。

(1)按照常規思路，加裝一套海水細過濾器裝置以及配套設施。此方案需要進行大幅度的硬件改造和擴容，投資數額較大，且工期較長，工作量較大，施工難度高，且現場場地空間有限，難以實施。

(2)在現有硬件設備的基礎上，通過對控制邏輯優化的方法對海水細過濾器的處理能力進行內部挖潛，實現處理能力擴容。通過對細過濾器的控制邏輯進行梳理分析，最終確定了邏輯優化的可行性。

在原有的細過濾器的控制邏輯中，細過濾器反洗后將進入幾個小時的等待時間，等待下一個過濾器進入反洗，該過濾器才循環進入過濾狀態。因此要考慮將細過濾器的等待時間利用起來，即反洗過后立即進入過濾狀態，強制取消等待時間，極大的延長了細過濾器的過濾時間，順利實現三臺過濾器同時在線過濾，每臺過濾器的過濾時間增加20%，實現了處理水量至少增加40%，填補了處理水量偏少的缺口。

3 程序優化實施

油田注水系統現場控制系統主要包括一套GE Fanuc 可編程邏輯控制器系統、現場監控系統和中控監控系統。現場監控通過一臺西門子一體工控機實現，中控操作站通過Cimplicity ME 5.5軟件組態后進行遠程監控。現場控制系統、現場監控站和中控室操作站之間通過以太網進行通訊，相互交換數據，進行報警提示。此次作業在非停產的情況，通過對程序進行在線編輯和編譯后下裝運行。

3.1 增加控制模式選擇按鈕

此次優化在原有單獨控制模式下，增加了三臺同時在線功能，為保證功能的自主選擇以及原有功能的完整性，需先行增加控制模式選擇按鈕。

如圖1所示，在注水系統操作站STATUS畫面上增加一個細過濾器在線個數切換按鈕，此按鈕可根據現場實際工況對細過濾器同時在線的個數進行選擇。同時為了規避操作風險，還增加管理員操作權限，需要登錄以后才可以進行控制模式的切換。按鈕地址鏈接對應PLC中的%M00380。

圖1 增加細過濾器控制模式選擇按鈕

需要指出的是，為保證切換過程中細過濾器的正常工作，在三臺細過濾器在線的工況下如果要切回兩臺細過濾器運行，只能在三臺不同時在線或等待反洗的情況下進行。因此，在三臺臺同時在線工作的情況下，需要讓其中一臺進入反洗模式，可以在現場控制柜上將任意一臺過濾器的模式選擇開關切換到OOS模式，再切回Auto模式，也可以通過在操作站上修改過濾時間，強制讓一臺細過濾器進入反洗，這樣就能順利將細過濾器控制模式由三臺在線切回兩臺在線。

3.2 反洗控制邏輯優化

細過濾器工作控制程序包括24個步驟，包括反洗、過濾、充壓和等待等過程，工作流程復雜，各個流程之間的切換標志位清晰。在原有設計中，當工作流程進入到第21步時，反洗細過濾器即完成反洗，進入等待模式，直到另外一臺細過濾器開始反洗，該過濾器循環進入過濾狀態。因此程序修改的核心，當選擇三臺細過濾器同時在線模式時，需要修改步驟之間跳轉的標志位，使反洗過濾器順利跳過反洗后的等待時間，當反洗完成后立即進入正常過濾狀態。具體程序修改部分如圖2所示。

圖2 部分程序段截圖

同時，當細過濾器數量切換后，對應每臺海水細過濾器的流量自動控制設定值會在在原基礎上會出現變化，為保證流量控制的無擾動切換，需要通過修改程序對流量控制的設定值進行賦值優化，以實現每臺過濾器進行精確的流量控制功能(如圖3所示)。

圖3 流量設定值賦值

4 結語

注水系統細過濾器經過此次控制程序優化之后，注水系統運行正常，處理水量在原基礎上有了顯著的提高。相比以前的運行模式，其具有以下優點：

(1)在沒有大量追加資金的情況下，實現了處理水量的極大擴容，降低了運行成本。

(2)在水量得到擴容的同時，海水的處理質量也得到保證。

(3)在畫面上增加細過濾器運行數量切換按鈕，同時增加操作權限，避免了誤操作造成注水系統關停。

(4)滿足了油田上下游的注水需求，為油田穩產增產提供保障。