RTU在注水井上的设计与应用

北京安控科技股份有限公司 贺志伟

1 什么是注水井？

注水井是用来向油层注水的井。在油田开发过程中，随着开采时间的增长，油层本身能量慢慢消耗，油层压力逐渐下降，地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减少，为了弥补原油采出后造成的地下亏空，通过专门的注水井将水注入油藏，保持或恢复油层压力，使油藏有较强的驱动力，以提高油藏的开采速度和采收率。

一直以来，注水井生产都采用人工调节方式来控制单井注水量。由于注水井分布较为分散，环境复杂，随着油田的深入开发，注水井所占比例越来越大，原始的人工巡查方式需要投入的人工成本越来越高，现实中常常不能及时发现和解决现场问题，各大油田都开始考虑自动化在注水井上的应用。大港油田采油三厂在2008年开始了注水井自动化改造方面的尝试，来减轻油田采油工的工作量。

2 微功耗注水井

2.1 系统简介

北京安控科技股份有限公司（以下简称安控科技）结合采油三厂的情况及油田的需求，开发了最初的微功耗注水井采集器，和原有的油井自动化采集系统相结合，开发了新的系统，该系统组成现场以微功耗采集控制器LP201为核心，通过短距离无线方式采集注水瞬时流量、累积流量及井口油压、套压，现场采集终端再将瞬时流量、累积流量、油管压力、套管压力等数据通过GPRS网络回传至数据处理发布服务器，在油水井服务器端自动生成即时数据和相关报表并通过油田局域网发布。如图1所示。

图1 微功耗注水井

2.2 系统组成

该现场采集终端RTU使用微功耗设计，并且充分利用休眠机制，最大限度降低系统耗电，保证了长期平稳运行通过GPRS网络，实现采集终端和采集服务器的双向通讯，一方面采集终端将采集的数据发送到采集服务器；另一方面，采集服务器将命令发送到采集终端，采集服务器将终端传上来的数据解析处理后存到数据库中。

后台服务器平台将现场监控终端采集的数据进行工况分析、超限报警、注水量计算、报表、曲线、图示等数据统计，Web发布系统根据系统设定的权限和管理范围，对管理的水井进行定制查询和统计、展示水井的相关曲线和报表报警信息的查询等。

Web发布的数据主要有注水井日配注量、注水方式、油压值、套压值、油管配注量、油管瞬时流量、油管累积流量、套管配注量、套管瞬时流量、套管累积流量，以及一些控制器的电池电压等控制器运行参数。

2.3 系统特点

这套系统特点较为鲜明：

（1）使用微功耗控制器为核心，供电方式为电池，可以适应注水井井口大部分没有电源的安装环境。

（2）现场设有显示屏及简易键盘，方便油田工作人员查看数据及设备的工作状态。

（3）现场数据采用了短距离无线的传输方式，避免修井作业时电缆损坏及人为损坏电缆等带来的不必要的麻烦。

（4）相对于人工报表方式，数据更加真实可靠，且数据的时效性更好。网页方式的数据查询也更加方便。

但该系统也有较多的不足：

该系统只有单纯的数据采集功能，对于注水量的调整还必须由工作人员到井口完成调节工作，只是与原有采油工巡井方式相辅助，但并没有真正意义上的降低油田工人的劳动量。现场控制器设有显示小屏及简易键盘，可以随时查看各个仪表数据，并手动刷新实时数据。但是，由于考虑成本及注水井井口多数无供电的实际情况设计采用了电池供电模式，为了降低功耗，保证电池的使用时间，该系统大部分时间处于休眠状态，只在到达设定采集时间间隔之后，RTU才会切换至工作模式，开始现场各个仪表数据采集工作，完成之后，再次切换至休眠模式，所以想在中控室随时得到水井实时数据变得难以实现。为此，公司开始了可调节注水井的开发试验工作。

3 可调节注水井

3.1 系统简介

可调节注水井根据微功耗注水井的不足对系统的设计进行了相应更改。流量计设计上使用了智能控制流量计，可以根据设定的流量对现场阀门的开度进行调节，相比人工调节，更为及时准确，大大降低了人工成本。在系统设计上采用了太阳能电池供电，保证了电动调节阀的供电，在工作模式上摒弃了原有的休眠工作模式，用户可以更方便的远程获取油井实时工作状态。油田最终用户除了可以通过网页的方式查看数据和报表之外，还可以使用注水井管理软件刷新实时数据，更改设计流量值等操作，为水井的日常维护提供了更加便利的条件。

图2是安装在杆上的RTU和太阳能电池板。

图2 可调节注水井RTU

3.2 系统组成

可调节注水井主要的系统组成与原有的微功耗水井工作模式类似，主要分为两大部分：井口设备，后台服务器平台。图3为虚线框中部分为井口设备框图。井口设备根据现场采集点数不同，所需安装的设备数量有所差距。

图3 可调节注水井系统框图

井口设备主要有现场控制器RTU（远程控制终端）、无线压力变送器、智能流量控制器、流量计、供电系统等。后台服务器平台有水井数据采集控制软件、Web发布软件以及注水井水量调节软件等组成。

图4 安控科技E5522控制器

现场控制器RTU（远程控制终端）采用了安控科技E5522控制器，采用双层门设计，带防水帽，适合室外安装。小屏键盘相比微功耗水井控制器LP201简易小屏键盘外可以显示更多内容，操作更为方便快捷。实际注水井生产时，除了笼统注水井油田还有很多分注水井，E5522控制器可以同时带多个智能调节流量计，不仅可以适合分注水井，对于距离近的多口注水调节井，可以一套设备同时驱动。如图4所示。

现场仪表采用了短距离无线方式传输方式，选用了安控科技的SZ903无线传感器，该传感器采用2.4GHz通用频率，相比原433MHz抗干扰能力更强。此外，还可以根据生产需要对无线传感器扫描时间进行设置。电池等信息也上传给控制器，上位机可以根据电池情况进行相关报警等。如图5所示。

图5 SZ903无线压力传感器

3.3 功能介绍

可调节注水井主要功能有：

（1）注水井各数据点数据采集，包括油管压力、套管压力、油管瞬时流量、油管累积流量等。

（2）现场流量控制，根据设定流量对阀门开度进行相应调整，使得现场实际流量符合注水井的配注要求。

（3）远程设定流量、远程开关阀等功能。

具体的调节过程如下，通过远程设置和现场调控两种方式设置水井的配注量，流量计将实际流量传达给智能流量控制器，控制器将测出的流量与配注量进行对比，如果未达配注量允许的范围内，控制器下达指令给流量调节机构，调整阀门开度，重复以上操作，直到阀门流量到达设定流量的误差区间，控制器不再进行调节，从而完成一次调节过程。如图6所示。

此外，还根据原有微功耗注水井采集系统运行中发现的小问题，对新系统的工作模式进行了改进。

（1）供电方式采用了市电供电或者在没有市电供电的情况下，采用太阳能电池供电，同时给RTU系统、智能流量控制器等设备供电。

（2）除了使用RTU进行流量调节，还可以使用磁笔在不打开智能流量控制器外盖的情况下对注水流量进行修改，使得现场操作更加方便。

后台服务器平台则实现了如下功能：

图6 智能流量控制器调节过程

（1）根据用户需要对RTU各项数据采集并进行存储工作。

（2）通过GPRS方式与现场RTU进行通讯，远程调整配注量，远程开关阀等。

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（3）对采集的数据分别存储，进行发布工作，油田相关工作人员可通过访问相关页面获得数据报表等。

（4）通过对采集来的数据分析，判断井的运行状态。

（5）现场RTU各项参数的报警信息的发布处理。

（6）作业区或管理站的工作人员可以利用相关终端软件，对注水井的配注量进行调节。通过报警软件的终端获取最新的报警信息。

Web发布根据较原有微功耗水井新增了油管调节次数、油管阀门开度、套管调节次数、套管阀门开度等内容。

4 结语