一種注水井自動配注系統

王清偉

摘 要：隨著油田的開發，油井產量隨地層能量的降低而逐漸減少。為了確保油田高產、穩產，常采用一些措施補充地層能量，其中，注水是重要的解決措施之一。因此，設計了一種注水井自動配注系統，能實現流量的自動調節，確保注水量的準確性。此外，該系統能采集井口的壓力和流量數據并形成報表，以方便后期的注水效果分析。

關鍵詞：油田；注水井；自動配注系統；地層能量

中圖分類號：TE341 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.105

油田注水操作要根據測井數據、單井產量和地層參數等數據進行科學計劃和調度。注水井的注入流量要不斷根據調度要求調節。傳統人工調節流量的方式不僅耗時費力，且易造成數據不準確或出現人為差錯，尤其是在部分油田無人看管的注水井中常發生這些問題。因注水壓力波動，注水流量會隨之產生很大的波動，甚至出現嚴重失控的現象，造成注水效果低下，嚴重影響了采收率。

本文設計了一種注水井自動配注系統，能實現流量的自動調節，確保注水量的準確性。

1 系統的功能和組成

本文設計的注水井自動配注系統主要由顯控臺、智能流量測控儀和壓力變送器等部分組成，如圖1所示。每口注水井的管路中安裝有1臺智能流量測控儀和1臺壓力變送器，顯控臺安裝在計量站值班室內。顯控臺與智能流量測控儀、壓力變送器之間通過RS485總線相連。顯控臺可同時顯示16口注水井的流量和壓力數據，當流量和壓力值超出預定范圍時會自動報警，并通過下發指令和設定流量值調節智能流量測控儀的閥門開度，以控制注水井的配注量。

圖1 系統組成

1.1 智能流量測控儀

智能流量測控儀主要由流量變換器、壓力傳感器、流量閥、智能執行器和智能儀表頭等部分組成。其流量調控部分如圖2所示。

圖2 智能流量測控儀的流量測量和控制部分

流量測量采用電磁渦街原理，注入注水井的水會先進入流量變換器內，經測量后再通過流量閥。流量變換器是電磁渦街式流量計的一次表部分，它將水通過特定流道的體積流量轉換為電信號，并經整形和放大處理由信號線直接送入儀表頭；儀表頭電路

上的單片機能運算、儲存數據，并由液晶顯示屏顯示各種測量數值，比如瞬時流量、總累積流量和日累積流量等；流量閥連接在流量變換器的下游，流量閥主要由一對動、靜閥片組成，動、靜閥片的相對角決定著流道的大小，進而決定著流量的大小。

智能執行器的主軸帶動閥桿、動閥片一起轉動，通過調整動靜閥片之間的相對角可調節流量，當用戶在智能執行器的流量設置按鍵“+”“-”或通過RS485通訊命令設定了某一個流量值q（m3/h）后，儀表頭的電路會周期性地將所測量到的瞬時流量值與該設定流量值比較。如果當前瞬時流量大于設定值并超規定范圍，則儀表頭會發出指令，啟動智能執行器上的電機并使流量閥關??；如果當前瞬時流量小于設定值并超出規定范圍，則儀表頭會發出開大流量閥的指令，直至瞬時流量接近或等于設定數值為止。流量的比較和流量閥的調整周期為15 s。為了避免流量頻繁波動，不進行流量調整的死區范圍為0.1 m3/h。

除流量控制和顯示功能外，儀表頭還具有RS485通訊功能，可依據特定的通訊協議響應RS485總線上的數據上傳命令，并將數據上傳至總線。流量變送器和儀表頭均為可拆卸式，便于后期對流量計量進行周期檢定。壓力變送器為具有RS485總線通訊功能的壓力變送器。

1.2 顯控臺

顯控臺由觸摸屏顯示器、嵌入式工控機、串口服務器和機柜四部分組成。顯控臺內置流量測控系統軟件，壓力儀表中的數據顯示于觸摸屏，同時，通過軟件可設定智能流量測控儀的瞬時流量值。軟件具備流量、壓力監控報警和傳輸監控功能，當流量和壓力數據超出設定范圍時，將以圖形的方式報警提示。當智能流量測控儀出現傳輸故障時，會自動報警提示。

1.2.1 串口服務器

為了保證在斷電情況下流量計仍能正常工作、流量的計量和累積能正常進行，流量計采用了電池供電的方式。采用電池供電的流量計的響應速度慢，無法保證及時響應數據上傳命令。其在收到RS485總線的數據上傳命令后，需要約2 s的響應才開始上傳數據。如果所有的流量計并接在同一根RS485總線上，16臺流量計完成一次數據傳輸至少會延時32 s，無法滿足系統對數據顯示的實時性要求。因此，在系統顯控臺中引入了串口服務器。串口服務器可以將RS-232/485串口接口轉換成網絡接口，實現串口數據與網絡接口數據的雙向透明傳輸，且可并行連接多個串口設備，將現有的多個串口的數據轉化成網絡端口的數據。本系統采用的串口服務器為MOXA公司的NPort系列串口服務器，具有多種操作模式，數據的傳輸和處理可通過其提供的函數庫操作，從而大大簡化了數據傳輸軟件的開發過程。

1.2.2 顯控臺軟件

顯控臺軟件使用Visual C++開發。顯控臺軟件可顯示16路流量、壓力數據和流量報警數據和壓力報警數據，具備流量和壓力報警參數設置、報表輸出等功能。

1.2.2.1 模擬鍵盤輸入

顯控臺無鼠標和鍵盤，其輸入依靠軟件中的按鈕進行，如圖3所示。

圖3 軟件輸入界面

通過按下相應的按鈕，在按鈕的ButttonClicked事件響應函數中調用API函數keybd_event來模擬鍵盤輸入。該API函數的定義如下：

VOID keybd_event（

BYTE bVk， //按鍵的虛擬鍵值，如果回車鍵為vk_return，則tab鍵為vk_tab

BYTE bScan， //掃描碼，一般不用設置，用0代替

DWORD dwFlags， //選項標志，如果為keydown，則設置0即可，如果為keyup，則設置

//"KEYEVENTF_KEYUP"；

DWORD dwExtraInfo //一般設置為0

）；

1.2.2.2 報表功能

本系統采用Excel的automation技術成功實現了Excel報表的自動生成，報表模板如圖4所示。

圖4 數據報表模板

2 結束語

目前，該注水井自動配置系統已安裝在中原油田采油五廠中的2個計量站，系統運行良好，客戶給予了高度評價。

參考文獻

[1]肖宏偉.專家門診——Visual C++開發答疑300問[M].北京：人民郵電出版社，2003.

〔編輯：張思楠〕

One Kind of the Automatic Injection System for Injection Well

Wang Qingwei

Abstract： With the development of oil field， the production of oil well is reduced gradually with the decrease of the energy of the layer. In order to ensure that the oil field is high and stable， some measures are often used to supplement the formation energy， which is one of the important measures to solve the oil field. Therefore， a kind of automatic injection system of injection well is designed， which can realize the automatic adjustment of flow rate， and ensure the accuracy of water injection. In addition， the system can collect the pressure and flow data from the wellhead and form a report， in order to facilitate the analysis of the effect of the latter.

Key words： oil field； water injection well； automatic injection system； formation energy