配水间数字化建设适应性分析

潘旭（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

1 配水间现状

注水水量的情况直接影响油井的产量，注水量应根据地质预测，尽量保持恒流量配水。某油田注水系统已建配水间87座，除第一作业区、第四作业区部分配水间外，均无远传仪表及控制系统，工艺参数采集、设备控制等均需要人员到现场操作。配水间的数字化建设在《第二油矿地区油气生产物联网建设工程》、《全厂油气生产物联网建设工程》中进行建设，配水间建设情况统计见表1。

表1 配水间建设情况统计 座

经统计，第二作业区16座配水间在二矿数字化中建设完成，第一作业区、第四作业区13座配水间，利旧现场已建一次表，RTU、通信建设及剩余58座配水间规划在全厂数字化中建设。

2 配水间建设存在问题及原因分析

2.1 存在问题

目前配水间的调控方式采用人工调控，调控方式为每日白天间歇性调控，上午9：00、下午14：00录入报表。当配水间夜间运行时，注水系统处于无人监控的状态。为了解配水间夜间运行的实际情况，对该油田某配水间的13口注入井，开展了夜间注水运行跟踪记录调查，配水间注水系统夜间运行数据见表2。

表2 配水间注水系统夜间运行数据

从现场记录的数据可以看出，该配水间在夜间运行时注水量误差远远大于全天注水误差，其中，夜间平均计划注水量为133.02 m3/d，夜间平均实际注水量为163.12 m3/d，平均注水误差为22.7%；根据注水井注水量考核要求，配水间单井注水误差应低于15%，在13口注水井中，有2口注水井的注水误差低于要求的15%，剩余误差在18.3%~141.4%。从现场记录的数据可知，配水间内13口注水井中不符合注水要求的注水井占总井数的84.6%。

2.2 原因分析

2.2.1 注水系统分析

该油田按注入水质分为普通污水、深度污水和聚驱污水三套注水系统、四套管网，采取整体环状局部支状结构，注水系统管网图见图1。因环状管网，各节点的运行压力实时变化，同时，井底的情况错综复杂，导致了井口的压力有所变化，注入压力与井口压力差时刻变化，导致了单井的配注量不能达到恒流量配注[1-3]。

图1 注水系统管网图

2.2.2 人员分析

目前，该油田配水间的管间人数为82人，单间的用工人数为0.92人。调控方式为员工白天调控，夜间不设调控人员。经统计，2021—2025年该油田共自然减员1 510人，该油田2021—2025年自然减员情况图2。结合相关模式改革后，无法分出更多的人员去执行配水间夜间调控，使得夜间注水误差远远大于全天注水误差，仅有少部分的注水井满足配注要求，这种情况主要是由于夜间配水间内没有员工进行监控操作。当注水干线压力波动时，不能及时发现并调节，易造成注水量的波动[4-5]。

图2 该油田2021—2025年自然减员情况

3 配水间调控解决措施

3.1 数字化的建设模式

配水间数字化硬件构成：注水智能一体化装置、注水井远程采集终端装置、注水井远程智能调控装置、压力变送器等装置组成，具体安装位置及功能详见表3。

表3 设备安装位置及功能

与现阶段配水间数字化建设相比，数字化配水间改造增加了电动执行机构。流量调控装置主要由注水智能一体化装置、注水井远程采集终端装置、注水井智能调控装置构成（图3~图5）。注水智能一体化装置安装在配水间内注水单井阀组上，注水智能一体化装置根据设定的流量，在管线所能承受的合理压力范围内自动调节，通过比较设定值和流量计的瞬时，结合智能的闭环控制策略，自动控制电动阀，实现流量的精确调整。注水井数据通过注水井远程采集终端装置（RTU）利用4G网络传输至上位机平台[6-7]。

图3 注水智能一体化装置功能拓扑图

图5 注水井智能调控装置

按照集团公司总体要求，“十四五”实现“数字中国石油”建设是提质增效的重要途径之一，需大力提升数字化对业务的支撑力度，填补自然减员的缺口，并满足油田低成本运行。

图4 注水井远程采集终端装置

3.2 数字化的建设效果

第四作业区共有配水间29座，停用配水间1座，2020年通过《配水间数字化改造工程》对第四作业区所辖的10座配水间进行改造。主要涉及油田所辖区域3个基层班组，10座配水间，159口单井，配水间数字化建设情况见表4。

表4 配水间数字化建设情况

实施数字化后，对24#配水间重新进行调研，24#配水间数字化建设前后配注情况见表5。

表5 24#配水间数字化建设前后配注情况

从现场记录的数据可以看出，在数字化建设前，该配水间在夜间运行时，平均注水误差为32.3%；根据注水井注水量考核要求，配水间单井注水误差应低于15%，在17口注水井中，有8口注水井的注水误差低于要求的15%，剩余误差范围在21.40%~135.79%。在数字化建设后，该配水间在夜间运行时，平均注水误差为12.39%（不包含3口关井）；根据注水井注水量考核要求，配水间单井注水误差应低于15%，在14口注水井中（3口关井），有12口注水井的注水误差低于要求的15%，剩余误差范围在22.60%~44.00%。按照当前的运行情况，单井平均节水量14.46 m3/d，年节水5 279.7 m3，水价格为6.7元/m3，单井年节约费用3.54万元。

根据现场调研情况，配水间数字化效果明显，系统运行效果良好，可自动调整配注量，实现恒流调控。根据试验情况，该油田配水间数字化建设仍有提升空间，在单井上增加电动执行机构，实现智能调控[8]。预计增加执行机构的数量统计见表6。

表6 预计增加执行机构的数量统计

此次需要进行数字化改造1 377口，每口单井增加投资2.3万元，预计增加投资3 167.1万元。经调研，该油田共有配水间操作员工82人，实现自动调控后，可减员67人，剩余15人进行故障巡检，年减少操作成本1 005万元，年维修费用按照总投资的2.5%进行计算，投资回收期为3.41年，内部收益率为26.49%。

3.3 数字化配水间可提升空间

目前，数字化配水间的数据控制及报警在上位机显示平台中实现。当某一流量的变化超过设定值时，上位机报警显示，提醒岗位员工上站巡检，进行人工调节。该功能要求数据的连续性较高，数字化建设模式为4G+Zigbee无线传输模式，数据量越大，所需的带宽更高，每年的运行费用增加[9-10]。

建议将现场分析控制功能上移，在现场RTU内进行数据的分析和比对，超过设定值输出故障报警，将该仪表的故障信号传输回值班室。若无故障，按照生产要求，将9:00、14:00将现场的仪表的底数传回，分析控制上移前后对比图见图6。

图6 分析控制上移前后对比图

4 结论

1）根据该油田人员现状及未来员工自然递减的情况，该油田数字化建设已经刻不容缓。

2）配水间增加电动执行机构符合油田数字化、智能化发展的要求，且可进一步减少劳动用工，减员效果良好。

3）数字化配水间数据分析、传输和平台仍有提升的空间。

4）对24#配水间的17口注水井进行重新调研，建设前后配水情况进行对比分析。数字化建设后，夜间运行时12口注水井的注水误差低于15%的要求，平均单井节水量为14.46 m3/d。