臺達機電產(chǎn)品在油田注水站的應(yīng)用

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?dāng)?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。控制部分由臺達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。控制級設(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)。現(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。現(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。現(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(dāng)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。