海上油田注水井远程控制优化设计与改造效果

王 昆，王 松，刘晓亮，冯海涛，于昊成，王利刚

（中海石油（中国）有限公司天津分公司工程建设中心 天津 300457）

0 引 言

注水泵、注水井是油田生产的关键设备，在海上石油平台的日常生产过程中通过注水泵将注水压力升高以使油田符合注入压力，进而通过注水管汇对各个注水井进行注水作业。海上某石油平台共有3台注水泵，正常工况下注水泵为两用一备，由于油田中控系统在设计时未在注水泵异常停泵后设置调节注水井相关逻辑，当单台注水泵异常停泵时另外一台注水泵负荷将突然增大，操作人员无法即刻实现启泵或者关停相关注水井等操作，不利于设备正常运转，可能出现过载停泵情况，从而导致注水缓冲罐液位高报警，还可能造成次生的生产关断等事件。针对这类问题，在经济和效率的双重考虑下，对中控系统程序进行了适应性改造。图1为单台注水泵运行温度曲线。

图1 单台注水泵运行温度曲线Fig.1 Operating temperature curve of single water injection pump

本次改造主要基于以下3个方面考虑：①经济性；②可操作性；③人员工作效率。根据运行机理，同时兼顾设备的本质安全性，避免由于添加设备而造成的经济和设计问题，计划在中控系统中通过程序组态在监控界面（HMI）增加软按钮，在不改变原有逻辑和设计基础的前提下进行中控系统的组态工作。

当中控系统检测到注水泵异常停泵后，由操作人员确认现场流程和设备状态，并根据实际情况选择远程手动关停注水井，以降低注水泵运行负荷，保证应急反应处理时间，有效控制生产流程的稳定。

1 改造方案研究

油田现有注水井 11 口，注水井压力由注水泵提供，井口装置配备有地面安全阀、井下安全阀，当注水泵异常停泵时，从中控远程选择关闭注水井的地面安全阀即可实现停运注水井，从而有效缓冲注水量变化对流程和注水泵的冲击。在操作人员抵达现场后，对备用注水泵进行启泵操作，并在井口控制盘处恢复地面安全阀的状态。

注水井地面安全阀通过 ESD 系统进行输出控制，对地面安全阀控制逻辑进行检查修改后，在 SM系统组态中增加手动/自动切换功能和强制开关功能，在 Quick Builder 第三方通信软件中新建点位并将SM系统相关点位地址建立连接，在 HMI 画面增加地面安全阀的手动/自动切换按钮和强制开关按钮并与Quick Builder 第三方通信点建立连接，保存并下装相关组态。进行功能测试，确保功能正常［1］。

2 设计方案实现过程

海上某在生产油田中心平台和井口平台中控系统分别使用 Honeywell 和 BB 两种不同品牌的控制器，通过 Quick Builder 实现两种控制器的标准点的组态工作，即通过将 ESD 系统中开关地面安全阀地址写入 Quick Builder 中，在 HMI 画面上链接相应地址实现地面安全阀的动作。

①对中控系统当前程序进行备份，避免由于下装或操作失误导致的程序丢失。

②本方案计划使用ESD信号发出指令，实现地面安全阀开关动作，检查井口的控制盘注水井地面安全阀电磁阀信号线接入中控ESD系统［2］。

③检查WHPA-ESD逻辑组态，检查确认注水井地面安全阀对应的输入输出回路，若无手自动切换和强制动作点则进行添加并下装组态。图2为地面安全阀对应的输入输出回路。

图2 地面安全阀对应的输入输出回路Fig.2 Input and output circuit corresponding to ground safety valve

④检查ESD系统输入输出点的PLC地址和SOE地址，每个电磁阀需检查4个点：WHPA-UYWH1010（输出点）、 WHPA-UY-WH1010IND（状态显示点）、 WHPA-UY-WH1010-M（手自动切换点）、WHPA-UY-WH1010-F（强制输出点）。

⑤在Quick Builder通信软件中建立注水井地面安全阀通信点，每个电磁阀建立4个点（与ESD系统一致），检查所有点位的MAIN菜单下的PV source address，将该地址链接至ESD系统的地址。

⑥将Quick Builder点中WHPA-UY-WH1010（输出点）建立与WHPA-UY-WH1010-F（强制输出点）的控制关系，在输出点的control菜单中的output中输入WHPA-UY-WH1010-F的地址。

⑦将Quick Builder点中WHPA-UY-WH1010IND（状态显示点）建立与WHPA-UY-WH1010-M（手自动切换点）的控制关系，在状态显示点的control菜单中的mode中输入WHPA-UY-WH1010-M的地址。

⑧Quick Builder通信点建立完成后对修改点进行download下装。

⑨在HMI画面组态中建立注水井地面安全阀手自动选择及强制开关按钮，将参数连接至Quick Builder点。图3为强制开关按钮及链点。

图3 强制开关按钮及链点Fig.3 Forced switch button and chain point

⑩在HMI画面组态中建立注水井地面安全阀手动/自动选择及强制开关按钮，并将参数连接至Quick Builder点。

⑪保存画面数据，自动同步至各服务器和操作站。

⑫对单口注水井关闭地面安全阀进行功能测试，将现场地面安全阀锁定，防止意外关井造成不良影响，从中控画面手动关闭地面安全阀，井口盘对应电磁阀关闭则判断功能正常。恢复注水井地面安全阀正常工作状态，并交接至中控人员［3］。图4为测试地面安全阀功能反馈。

图4 地面安全阀功能测试Fig.4 Function test of ground safety valve

3 改造优化效果

该油田现有11口注水井，本次实践根据生产专业需求对其中5口流量较大的注水井添加中控远程停井按钮，经过现场测试，可手动关闭单口注水井地面安全阀。

当中控人员发现注水泵异常停泵后，根据流程调节需求，在油井监控画面中找到对应注水井地面安全阀按钮，将控制模式由自动打至手动，然后选择关闭即可实现单口注水井停井，从而有效缓冲注水量变化对流程的冲击，避免由于单台泵运行而造成的高温停泵，以保护现场设备及生产流程的稳定。经由现场确认完毕后，再由现场操作人员手动启动备用注水泵，并将注水井流程恢复正常。图5为单台注水泵运行温度曲线，可见在单台注水泵运行后，泵体温度有轻微幅度上升，并能够保持平稳运行。

图5 单台注水泵运行温度曲线Fig.5 Operating temperature curve of single water injection pump

4 总 结

本次注水井远程关停优化项目可以很好地避免因注水泵异常停泵人员无法即刻操作而引发的生产关断问题，提高了人员应急反应的效率。本次改造基于原有SIS系统和PKS系统设计进行优化改造，通过第三方通信软件实现了多个控制系统的融合，实现了较好的联动功能，提高了现场工作人员的工作效率，降低了油田注水泵的故障率，提高了设备的本质安全性，为海上油田注够水、注好水提供了技术保障，有效减少了生产损失，创造了良好的经济和社会效益。■