油田水处理自动控制系统

2014-03-20

油气田地面工程 2014年3期

油田水处理自动控制系统

余战波

重庆三峡职业学院

油田水处理自动控制系统包括水源、注水站、配水间、注水井以及注水管网等，其中管网结构是重要的组成部分之一，生产过程中它与注水站、配水间等有着紧密的联系。为了提高能源的利用率，很多油田企业对地面系统进行简化和优化。选择注水温度仪表时，应根据相应介质的温度变化范围，仪表所需的安装位置，仪表的操作条件等来进行。选择注水流量仪表时，螺翼式水表以及高压水表可以作为就地流量计量仪表。随着变频技术的不断发展，其技术成本在不断降低，采用变频器进行注水电机转速的调节，可以对泵出口流量进行控制。

水处理系统；自动控制；流程；管网结构

在油田的开发与生产过程中，注水系统能够为其补充必要的地下能量。对水处理系统进行分析，主要包括污水处理系统、供水和注水泵系统、注水井系统以及网管等。对于油田生产来说，地面系统是重要的组成部分，在实际生产中常常会造成大量的能源浪费。为了改善这种现状，提高能源的利用率，很多油田企业对地面系统进行了简化和优化。如在注水井系统中，注水泵站的水直接送至注水井口，将中间的一些配件环节全部停运。这样一来，不仅大大减少了管道维护的工作量，而且提高了注水压力。

1 系统结构

油田注水自动控制系统中包括水源、注水站、配水间、注水井以及注水管网等[1]。在注水系统中，注水站是最为核心的环节，它不仅担负着存储注水量，对注水量实施计量等任务，同时还要实现升压、实施注水的一次分配以及监控水质等功能。配水间的主要任务是计量注水站的来水，实现有效的调节和控制功能。注水系统的末端是注水井口，其功能是向地下注水。图1为注水自动控制系统的结构图。从图1可以看出，注水自动控制系统是由节点单元和管道单元共同组成的流体网络系统，具有复杂的特点。

2 注水流程

2.1 单管多井配水流程

图1 注水自动控制系统结构

来自水源的水首先进入到水站中，经过过滤、缓冲以及沉降等过程后，采用注水泵升压；随后通过出站的高压阀组进行分配，进入到注水管网中，通过配水间的控制和调节，最后进入到注水井中。这一流程的主要优点在于：系统较为灵活，便于注水井网的调整，各注水井之间的干扰较小，在集中供热上具有较大优势，也易于集中控制。

2.2 单管单井配水流程

在该流程中，来自水源的水首先进入到注水站中实现升压，通过高压阀组进行分配，进入到单干管以及单井配水间，在配水间中经过控制和计量后送至注水井注入油层。该流程的主要优点在于：①为每个注水井配置有一座配水间，管理较为灵活；②注水的支管较短，数量也较少，在进行T分层测试时较为方便，能够节省投资。

3 注水压力的控制

在油田地面管线以及相关设备的选择中，注水压力是很重要的参数。可以将油田注水分为两种：早期注水以及二次采油注水[2]。其中，前者的主要目的是保证油层内的压力，实现稳定的产出；后者的主要目的是在地层压力下降停止自喷后，通过注水的方式置换出油层中的油，最终达到驱油的目的。计算注水压力应该从以下几个方面进行考虑：①对于新开发的油田来说，缺乏必要的地质资料，应进行必要的注水试验，通过对不同油层、区域的试注，取得每一层的注水压力等资料；②借鉴相似油田的注入压力，对油层的特点以及原油的特性等进行比较分析，选择相似的油田注入压力作为新开发的油田注入压力初始值；③注水泵泵压的确定，注水泵泵压应大于注水井的注入压力和注水系统的地面损失压力之和，即p泵≥p井+p损。

4 系统管网结构

在油田的注水自动控制系统中，管网结构是重要的组成部分之一，生产过程中它与注水站、配水间等有着紧密的联系。虽然管网的布置多种多样，但从本质上看只有树状网以及环状网两种形式。对于树状网来说，从注水站到注水井的管线类似于树枝，在供水可靠性上效果较差，其中的任何一根管线遭到破坏都会影响该管段的水流；对于环状网来说，其管线被连接成环状，当其中的某一根管线出现损坏，可以通过控制阀门将其与其他的管线隔离开来，便于检修。但环状网的造价要远远高于树状网。在布置注水管网时，要遵循安全供水、节约投资的原则，但这两者往往是相互矛盾的，在实际中，可以先按照近期的规划进行管网的预埋，当用水量增加后，再适当增加管线。

5 系统仪表的选择

在注水自动控制系统中包含大量的仪器仪表，如温度仪表、压力仪表、流量计量仪表、液位仪表等[3]。合理选择仪表也是重要环节之一。

选择注水温度仪表时，应根据相应介质的温度变化范围，仪表所需的安装位置，仪表的操作条件等来进行。通常情况下，双金属温度计以及玻璃液体温度计适宜于就地显示的场合；压力式温度计适宜于集中显示的场合；热电阻或热电偶适宜于远程显示。

在选择注水流量仪表时，螺翼式水表以及高压水表可以作为就地流量计量仪表。在安装时，应注意将水表设置于水平管道上，并将标度盘向上，同时装设相应的截止阀。远传流量计量仪表的选择范围则广泛得多，既可以选用涡轮流量计、旋涡流量计，也可以选用电磁流量计和超声波流量计等。

涡轮流量计主要包括涡流流量计和积算仪。其工作原理是：流过管道的液体流量通过相应的传感器，其流量值被转换成为脉冲信号，计算仪将这种脉冲信号累计起来，从而获得液体的总量。旋涡流量计也被称为卡门涡街流量计，其测量原理是：管道中的液体流经旋涡发生体时，在旋涡发生体的前方和后方会出现卡门旋涡列，液体的流速越大，旋涡产生的频率也会越大，通过测量这一频率就能获取流经液体的相关信息。将测得的频率经过电子线路处理放大，通过显示仪表可以显示出液体流量的瞬时值。

随着变频技术的不断发展，其技术成本在不断降低，采用变频器进行注水电机转速的调节，可以对泵出口流量进行控制。