油田注水站自动化探讨

聂斌 詹江 印士涛 娄真真

摘要： 随着油田进入高含水开发期，注水量大幅度增加，油田注水已成为采油的主要工艺手段，也是油田稳产保产、保护环境的重要措施。开展油田注水站自动化，实现注水站中储水罐、注水管网、注水泵、水泵房、注水阀组等主要设备的监控和自动控制，对实现油田“注够水，注好水”的注水目标，建成节能、环保、运行效率高的智能化、数字化的油田注水系统有着重要意义。

关键词： 注水站;自动化;工艺流程;

青海油田的勘探始于1954年，是中国石油工业发展的先驱之一。目前油田油藏立足水驱，推进三采，注水采油依然是油田稳产上产的主要工艺，随着油田开发对注水的要求更加严格，既要求注入水质达到规定的环保要求，又对注入水水量的平稳性有了更高的要求。因此，研究注水站自动化对于提高注水效率、保证油田的稳定运行、降低职工劳动强度和用工成本，提高企业的效益具有重要的意义。

1油田注水站自动化必要性

1.1 注水压力波动影响有效注水

随着油田开发的深入，油田注水规模的不断扩大，特别是低渗透油藏注水压力要求越来越高，注水系统局部管网负荷过重，部分注水井达不到配注要求。于是采取干线提压，产生注水压力波动，同时造成系统能耗高、效率低下，部分注水井发生超欠注问题，成为油田实现精细注水目标的阻碍之一。因此，在满足油田注水工作量的前提下，如何提高注水系统效率，实现有效注水是研究注水站自动化的重要目标。

1.2 员工劳动强度大

注水站员工日常采集的资料主要包含储液罐的液位、注水分压、管压、注水流量等参数，资料均以报表的形式体现。同时由于现场注水井位置相对分散，现场还需员工定时进行巡井并对注水量进行调节，劳动强度很大。现场人工进行配注调节，操作频繁，经常发生超、欠注现象，达不到配注压力和流量的要求。特别是在注水现场的夜班，由于技术、责任心等因素，超欠注现象更容易发生，管理难度大。

1.3 注水成本高

自动化程度低、需要人值守的注水站比无人值守注水站多配备2-3名岗位员工，注水人工成本偏高。当注水工况发生变化时，岗位员工未能及时进行相应调整，会导致注水单耗增加。尤其是水泵抽空或电机、泵轴承以及轴瓦过热等现象未及时发现，导致设备损坏，设备维护修理成本将大大增加。

2注水站自动化工艺

2.1 自动化控制简介

采用以计算机为核心的 PLC（Programmable Logic Controller）控制系统。站控制系统（SCS—Station Control System）具有自动监控和报警功能，对重要设备状态和工艺参数能有效检测和自动控制，所有数据和操作均具有历史追溯能力。值班室设置操作站、工程师站、打印机等，通过控制系统的人机界面，对注水站工艺的生产动态参数进行实时监控，提供指导现场生产工艺的重要参数。

2.2 注水站自动化目的

2.2.1 實现水罐液位检测，并与进罐、出罐电动阀联锁，保证液位在正常范围内，减少人工手动开关阀门。

2.2.2 实现恒压注水，减少注水压力波动，保证注水系统稳定。

2.3 自动化控制方案

2.3.1 在注水站水罐进出口安装电动阀，罐体安装液位变送器，信号传输至PLC控制系统。PLC控制系统可依据水罐液位对进出罐阀门进行开关控制，并同时将液位、电动阀开关状态传输至上一级SCADA系统，与供水系统实现联动。

2.3.2 水罐出水通过喂水泵输送至注水泵进口，为保证注水系统平稳运行，需检测喂水泵出口即注水泵进口压力，压力信号传输至PLC控制系统，注水泵进口压力值与注水泵启停联锁，当注水泵进口压力不满足工艺要求时，注水泵无法启动、联锁停泵。

2.3.3 注水泵出口安装压力变送器，对注水泵出口水压进行检测，信号传输至PLC控制系统，PLC系统依据采集到的压力与设定注水压力相比较，通过PID调节运算，输出信号至变频器，变频器接收到频率控制信号后，调整注水泵电机运行频率，实现注水压力、流量的平衡调整。

2.4 注水站PLC控制系统可实现功能

2.4.1 工频、变频运行指示、注水泵进口压力显示、出口压力显示、泵润滑油温度显示、电机轴承温度显示。

2.4.2 泵出口超压报警，泵入口低压报警。

2.4.3 泵润滑油温度超温报警，电机前后轴承高温报警。

2.4.4 故障、报警内容查询，参数运行曲线查询，电量计量功能。

2.4.5 控制回路电机风扇、交流接触器辅助触点连锁保护。

2.4.6具有变频启动（包括自动恒压闭环控制和手动控制）。

2.4.7 PLC站控系统可以由SCADA等远程修改设定值，远程调参、启停注水泵。

3实现自动化后的效果

3.1提高注水设备运行的平稳和安全

通过注水站的自动化建设，能准确及时地为注水站值班人员提供设备运行的实时数据，当设备的运行参数及辅助参数超出规定限值时，发出报警，提示值班人员进行处理，如果出现意外的紧急状况，系统将在启动联锁保护，停运注水设备，避免设备事故发生。

3.2降低注水井单耗，提高经济效益

注水站自动化系统可以实现对设备运行的自动调控。在保证机泵运行安全的基础上，针对注水动态变化进行及时的动态调控，杜绝了因调整不及时调整而出现的节流增大损失与阀门开度减少等的情况，可降低注水井单耗，提高注水能效。

3.3降低设备磨损，降低岗位工人劳动强度

注水站注水设备有状态监测系统能对设备运行状态进行全方位的监测和调控，可避免设备事故，同时可开展预防性维修，降低工人更换零部件频率。系统完善的数据监测功能与调控功能，能够自动采集数据与调整，减少注水站用工数，使工人的劳动强度降低。

4结论

注水工作是油田生产的重要组成部分，注水站自动化在某种程度上代表了油田数字化的应用的水平，注水站自动化工程通过实现注水井流量压力的自动调控，注水站减人值守，达到减少生产管理人员数量，降低劳动强度目的。

通过队注水站自动化的改造，将改善油田注水的生产平稳和安全，通过对注水机泵设备的实时调节可保证设备高效运行，降低注水压力波动和设备能耗，减少设备事故发生几率，节约设备维修时间和成本。有利于油田的可持续发展，将会产生良好的企业的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 李德军，马延军等.自动化监控技术在油田注水泵站的应用[J].油气田地面工程，2002，57（3）：88—89