1 引言
為了補償油田采油生產(chǎn)過程中地層壓力衰減,需要使用注水工藝維持地層壓力進行采油作業(yè)。注水壓力高低是決定油田合理開發(fā)和地面管線及設(shè)備狀態(tài)的重要參數(shù)。由于在注水工藝和機電設(shè)備配置設(shè)計中需要適應(yīng)的工藝條件復(fù)雜多樣,因此注水工藝設(shè)計和機電設(shè)備配置工程裕量。這些工藝條件包括:后期開發(fā)注水井的增多;儲油地層壓力及油氣水分布不斷發(fā)生變化;開關(guān)井數(shù)的增減;洗井及供水不足的影響等等。工藝條件的不確定性引起注水壓力波動,注水量不均勻不穩(wěn)定,注水壓力控制難度大,給油田生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和管理帶來困難。由于油田注水要求難于準確預(yù)測和控制,考慮到油田開發(fā)中的需要,設(shè)備裕量通常按照油田最大可能需求設(shè)計,在注水系統(tǒng)設(shè)計中尤為突出。油田注水設(shè)備采用離心泵電機拖動,大功率系統(tǒng)經(jīng)常運行在大馬拉小車的輕載低效狀態(tài)。注水壓力靠泵出口閘門手動控制,即靠改變管網(wǎng)特性曲線來調(diào)節(jié)泵的排量,泵、電動機匹配難以達到在泵的最佳工況點運行,管網(wǎng)效率低,電能損失高達50%以上。
變頻恒壓技術(shù)能夠十分有效的穩(wěn)定注水工藝過程和大幅度降低大裕量型風(fēng)機泵類工程電耗。注水站恒壓變頻自控系統(tǒng)的技術(shù)路線是充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施,對注水設(shè)備的電動機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié),達到穩(wěn)壓、穩(wěn)流供注水。同時軟起軟停功能代替減壓啟動,使電動機起停平穩(wěn),減少對電網(wǎng)和機械設(shè) 備的沖擊,不會造成管網(wǎng)壓力、流量、流速劇烈變化,無需閥門截流,因此對防止汽蝕、水擊、喘振極為有利,可延長管網(wǎng)、泵、閥門維修周期和使用壽命。配套完善自動控制系統(tǒng),搭建需求信息平臺,提高污水處理效果,加強監(jiān)督管理機制,最大限度地降低崗位員工勞動強度,提高企業(yè)信息化管理水平,具有非常大的經(jīng)濟效益和社會效益。
2 系統(tǒng)組成及功能設(shè)計
控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)分為2個級別,即現(xiàn)場級和控制級,通過人機界面(HMI)實現(xiàn)工藝流程顯示與控制。
系統(tǒng)核心自動化設(shè)備選用臺達機電產(chǎn)品。控制級是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵,其主要功能是HMI(人機交互界面)與現(xiàn)場級之間的樞紐層。接受HMI設(shè)置的參數(shù)或命令,對注水生產(chǎn)過程進行控制,同時將現(xiàn)場狀態(tài)輸送到HMI??刂撇糠钟膳_達PLC與觸摸屏集成。包括DVP-32EH00R(CPU單元)、DVP-04AD-H(模擬量輸入模塊)、模擬DVP-04DA-H(量輸出模塊)、DOP-A80THTD(觸摸屏)組成??刂萍壴O(shè)備安裝在控制室內(nèi)電控柜。臺達PLC的CPU模塊 DVP-32EH00R其帶有一個RS232和一個RS485通訊接口,DOP-A80THTD觸摸屏帶有1個RS232接口和1個USB接口。觸摸屏通過RS232串口與控制器通訊。
現(xiàn)場級是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)?,F(xiàn)場級由智能一體化壓力變送器和變頻器組成。智能一體化壓力變送器選用霍尼韋爾壓力變送器,變頻器選用臺達VFD系列變頻器?,F(xiàn)場注水電機1臺160kW、2臺75kW(備用1臺),因此變頻器選用160KW VFD-1600F43A一臺與75KW VFD-750F43A分別組成一拖一和一拖二方案,參見圖2。利用1臺PLC控制2臺變頻器拖動2臺注水電機變頻橫壓注水?,F(xiàn)場級控制采用屏蔽電纜連接,智能一體化壓力變送器將壓力信號轉(zhuǎn)換為4-20mA信號輸入到模擬量輸入模塊DVP-04AD-H,控制器PLC輸出的控制量通過模擬量輸出模塊DVP-04AD-H轉(zhuǎn)換為4-20mA信號輸入2臺變頻器,實現(xiàn)2臺注水電機的恒壓注水變頻控制。
3 工藝流程及控制系統(tǒng)設(shè)計
橫壓注水工藝自動化系統(tǒng)原理如圖2所示。系統(tǒng)采用三種控制方式:自動運行,手動變頻運行和工頻運行。
圖2自控系統(tǒng)原理圖
3.1 自動運行
系統(tǒng)自動啟動第一臺變頻器,利用PID來控制注水泵的注水壓力,如果一臺泵輸出壓力不能滿足壓力要求,系統(tǒng)會自動啟動第二臺變頻器以滿足壓力要求。
3.2 手動變頻運行
通過控制面板上的按鈕在手動模式下可以單獨啟動變頻器,此方式可以靈活控制變頻輸出。滿足復(fù)雜情況下的控制要求。
3.3 工頻運行
變頻器啟動電機運行到工頻頻率后,利用接觸器切換電機脫離開變頻器,投入工頻運行,參見圖2。變頻器充當大功率電機的軟啟動器。
通過以上三種控制方式,可以保證注水電機的正常運行,達到滿足不間斷生產(chǎn)的要求。
3.4人機界面設(shè)計
工藝流程圖如圖3所示,控制參數(shù)如圖4所示,控制器參數(shù)設(shè)置如圖5所示。
圖3工藝流程圖
圖4 控制參數(shù)
圖5 控制器參數(shù)設(shè)置
4 結(jié)束語
采用中達公司的PLC、觸摸屏和變頻器來控制注水系統(tǒng),單一自動化平臺控制結(jié)構(gòu)簡單;節(jié)能效益顯著;方便人員操作。項目受到油田企業(yè)關(guān)注得到好評。項目體現(xiàn)了中達產(chǎn)品節(jié)能自動化的理念,特別是中達機電產(chǎn)品在成套系統(tǒng)控制工程中的優(yōu)勢。