基于PLC的油田注水自动监控系统的应用

【摘要】随着我国的经济的不断发展，我国对能源的需求量逐渐增大。我国已经成为世界上能源需求量最大的国家之一，石油是现阶段我国的依赖性最大的燃料，加强我国的石油的开采技术的研究和应用具有重要的意义。本文结合笔者都年的石油开采技术的实践经验和理论研究，现简要谈谈PLC的油田注水自动监控系统的应用

【关键词】PLC，油田注水，自动监控系统

中图分类号：TE34 文献标识码：A 文章编号：

前言

随着我国油田的不断深入开发，水驱油效果明显，地面注水工艺也不断得到发展。注水方式逐渐实现自动化，注水管理更加精细化，本文结合本人实际工作经验，主要以基于PLC的油田注水自动监控系统油田注水站的应用前景分析为载体，重点介绍了自动控制系统在我国油田注水站的应用介绍，展现了变频器配合PLC及人机界面在自动控制、远程监控、无人值守等方面的特点及优势。

二. 油田注水自动监控系统的分析

1.能够实现管道的恒压控制。自动控制系统通过专用PID控制器，采用手动和自动两种控制方式，实现出口管道压力的自动调节，调节方式是管道压力经PID比例积分运算后，控制变频器的运行频率。

2.能够实现24小时不间断注水。持续有效的注水是保证油井产量的根本措施，尤其是在寒冷的冬季，注水系统显的非常重要，因为注水管线中若连续2个小时停水，就有可能冻管线，使整个注水系统瘫痪，变频自动控制系统，可以在注水系统发生故障后启动其它工频，保证注水系统的正常运行。

3.自动监控，保证管线安全运行。注水管线只有在合理的压力范围内才能正常运行，管线承受的压力超过上限时，管线就会注水穿孔，管线内压力过低时，说明来水量太小或阀门没有打开。自动监控系统能够设定进、出口压力报警及停机值，可以实现系统的正常运行，即出口压力高报警，超高停机;进口低压报警，超低压停机。

4.哪台泵运行，画面上相应的哪台泵的电机和皮带轮就旋转，并且工频和变频相应的指示灯亮，十分形象、生动。当出现故障时，相应的系统报警或变频故障灯亮，可根据显示直接进行判断，并且在下面的报警内容查询上可直接显示具体的故障内容，便于用户查询。

5.泵在运行过程中，油温会随着泵的长期运行而升高，为防止油温过高，要设置油温监测，超过设定值时，大约在65℃左右，自动停机，以保护泵。

6.在每次启泵运转时，要倒流程，即将泵的进、出口阀门打开调整好，没调整好之前绝不允许启泵，因此还要设置每台泵的允许、禁止启动开关，防止流程没有倒好之前启泵。

7.由于控制参数较多，进出口压力、泵油温、手、自动、一拖二控制、启动/禁止开关等，因此为控制方便，采用PLC和人机界面，集中控制，实现工艺参数的显示和设定。并利用PLC的数据通讯接口，采用MODBUS通讯规约，实现数据的存储和上传，从而实现远程监控，达到无人值守的效果。

三.PLC的油田注水自动监控系统的组成

PLC的油田注水自动监控系统主要由以下几个部分组成：

1.PLC控制器：控制器是系统的核心部分，它接收并处理输入信号，产生完成各种控制作用的输出信号；2.输入模拟量模块：将现场的流量、PH值等信号经过模拟模块的处理，变成控制器所需要的标准电平信号；3..显示与报警：为了调整方便，工作运行时监视故障的发生以及向工作人员报警异步电动机在三相坐标系。自动辨识，调解器参数自动优化，故障自诊断等功能。

系统的中央控制器采用西门子的S7―300 PLC，6SE70利用USS协议通信格式实现PLC与变频器的通信功能，组成该机的控制系统。系统软件的设计采用梯形图法编程，数据的采集、控制算法的实现使用梯形图编程非常简单、方便。

四.PLC在生产过程中的应用

1.PLC在油气生产过程中的应用主要是将PLC控制系统与其他的功能元件进行组合，实现生产过程的自动化控制，提高系统的效率。

通常油气集输过程中使用的机泵都是利用阀门或是机械式调节阀来控制泵的排量，从而导致集输过程中的摩阻损失增加，增大了系统能耗，同时也增加了工人的劳动强度。利用PLC控制系统与变频器相结合，可以实现集输过程的自动控制，提高集输效率，降低劳动强度。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。下面我们以转油站中的原油外输流程为例来说明PLC控制系统的节能应用。

分离脱水后的原油经外输泵升压后，需要再回到分离缓冲游离水脱除器位置，经机械式液位调节阀调节后，再经流量计计量后外输。此过程是为了防止分离缓冲游离水脱除器被抽空，发生生产事故。但是这样做虽然避免了分离缓冲游离水脱除器被抽空，却人为的延长了输送距离，增加了系统的局部摩阻损失和沿程摩阻损失，造成了能源的浪费。

2.随着科技的进步和油田节能形势的日益严峻，之前的集输模式已经出现了极大的不适应。为了提高系统效率、挖掘节能潜力，我们应用了PLC控制系统对集输流程进行改造。利用PLC控制系统与变频器相结合，将分离缓冲游离水脱除器的液位采用液位远传计量，将液位计将信号传递给PLC控制系统，从而可以根据分离缓冲游离水脱除器内液位的高低控制变频器的输出频率，进而控制电机的转速，实现外输泵排量的改变。

利用PLC控制系统改造后，一方面缩短了外输距离，减少了摩阻损失；另一方面提高了系统的控制精度，使得控制更加科学合理，提高了集输系统的运行效率，节约了能源。

3.以上只是PLC控制系统在油田生产应用的简单例子。目前，基于PLC的控制系统已广泛应用于油田的各种站库，并取得了较好的效果。例如：联合站脱水系统，油田注水系统，油田污水处理系统、聚合物配置系统等都应用了PLC控制系统，取得了较好的效果。随着控制技术和配套软、硬件的技术进步，以及油田优化简化力度的加大，基于PLC控制系统的集中监控技术已成为油田自动控制系统发展的趋势。

集中监控顾名思义就是设置中控室，将全站的岗位监控集中起来统一控制，即各系统均实现自动监测和自动控制操作，全部容器加装压力和液位高低自动控制、所有机泵加装自动起停泵和流量控制，在泵房加装摄像监控，将二次仪表信号、自动控制操作和摄像监控图像引入值班室，实现工艺参数采集、监测、控制、事故报警、报表打印，这样既可以节省人力资源、减小劳动强度、提高管理水平，解决了由于生产规模的扩大带来的用工紧张问题，优化了人力资源配置，缓解了生产矛盾。又使得生产的自动化水平得以提高，从而提高了生产质量和劳动效率，有利于节能降耗目标的实现。

五.结束语

油田注水系统是油田开发中的重要组成部分，其地面工程系统是以高压注水泵站为中心，由注水干线、支干线、配水间、单井管线、注水井口构成的一个网络状的地面工程体系，随着我国油田在开发方面取得的成就,油田注水开发的不断深入、细化而逐步发展完善。注水系统耗电量占油田总耗电量的34%，如何更好地提高注水效率降低主水管网系统损耗，是当前面注水系统节能降耗面临的主要问题。而PLC的自动控制系统在油田注水中得到了充分了应用。

参考文献：

[1]候德霞，油田污水处理自动化控制系统[J]. 石油化工腐蚀与防护，004(2)：49~50

[2]李安峰，张志群．废水处理中PH值的PLC自动控制系统[J]. 给水排水，2001(2)：23~25.

[3]尹旭东，张书勇. 输油气管道自动化系统常用控制器的研究[J]. 仪器仪表用户，2010.02：120-122.

[4]徐志强，迟彩云. 西气东输管道自动化系统设计[J]. 石油规划设计，2006.05：101-102.

[5]于洪敏，任邵然，王杰祥等.胜利油田注空气提高采收率数模研究[J].石油钻采工艺2008,30（3）：105～109

[6]任邵然，于洪敏，左景栾等.中原油田空气泡沫驱提高采收率技术[J]. 石油学报2009,30(3): 413～416