油田聚合物配置遠(yuǎn)程測(cè)控設(shè)計(jì)

        一、概述

        油田實(shí)現(xiàn)第三次采油的重要手段是通過(guò)聚合物注入的采油方式，油田遠(yuǎn)程測(cè)控，遠(yuǎn)程其過(guò)程就是在配置站將聚合物與水按一定的比例混合，并經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的熟化后，通過(guò)外輸泵輸往各個(gè)注入站，在注入站加清水稀釋，然后注入井里。目前推廣的“集中配置、分散注入”式聚合物配置系統(tǒng)即一個(gè)聚合物配置站對(duì)應(yīng)多個(gè)注入站。

        目前，配置與注入的控制相對(duì)獨(dú)立，沒(méi)有建立聯(lián)系配置和注入的控制系統(tǒng)，由于油田地域廣闊，要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定有效的集中控制有很大的困難。而且各站之間距離遙遠(yuǎn)采用常規(guī)的控制是不可能實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)采用力控軟件的內(nèi)置控制算法利用電臺(tái)遠(yuǎn)程通訊組件來(lái)建立起了配置站和注入站協(xié)調(diào)統(tǒng)一的控制系統(tǒng)。

        某油田現(xiàn)在處于三次采油階段，聚合物母液是三次采油主要注入井口成分，所以母液的大規(guī)模的配制必不可少，這就必須要建設(shè)自動(dòng)化、大規(guī)模的聚合物配制站。

        從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)看，絕大多數(shù)“配注站”的控制系統(tǒng)中都存在一個(gè)共性問(wèn)題：即缺少一套切實(shí)可行的綜合控制系統(tǒng)。一方面，雖然在配置站都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，但在注入站仍然是手動(dòng)控制，注入站的工人要時(shí)刻監(jiān)視儲(chǔ)液罐的液位、壓力、流量變化，手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，還要用電話與配置站聯(lián)系，通知配置站調(diào)整外輸泵變頻器的頻率和調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，而具體的調(diào)整量還要雙方多次聯(lián)系，不斷地調(diào)整，才能逐漸逼近所要求的目標(biāo)，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且工作效率低。另一方面，由于配置站與注入站之間的距離遙遠(yuǎn)，直線距離一般都在1.5公里以上，而且中間隔有沼澤地，不僅架設(shè)線路困難而且不便于維護(hù)。

        本項(xiàng)目對(duì)過(guò)去實(shí)驗(yàn)階段的以人工測(cè)控為主的裝置用先進(jìn)的 PLC及上位機(jī)組太軟件組成的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)替代，并在實(shí)際生產(chǎn)中取得滿意的效果。

        二、設(shè)計(jì)方案及聚合物配置

        2.1、方案設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)以PLC為控制主體，并配置組態(tài)軟件作為監(jiān)控系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)視和流程控制。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，PLC通過(guò)工業(yè)總線形式從各設(shè)備傳感器、壓力儀表等采集數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)控制程序，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)、閥門(mén)等進(jìn)行監(jiān)控處理，并可以以多種工作方式進(jìn)行操作，如就地操作模式、遠(yuǎn)程操作模式、自動(dòng)流程控制等，將設(shè)備進(jìn)行集中控制管理，并監(jiān)視其運(yùn)行狀況，方便進(jìn)行故障處理。PLC控制站同監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，控制終端均設(shè)置在監(jiān)控中心，由工作人員進(jìn)行監(jiān)控。

        上位機(jī)根據(jù)工藝流程設(shè)計(jì)監(jiān)控畫(huà)面，具有數(shù)據(jù)采集顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、報(bào)警輸出、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及報(bào)表生成等功能，并連接網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，方便生產(chǎn)過(guò)程中需要生成各種報(bào)表文件。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了冗余的配置模式，兩臺(tái)上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)相連接，正常時(shí)主機(jī)進(jìn)行于PLC的通訊，而主機(jī)發(fā)生異常時(shí)由從機(jī)與下位控制系統(tǒng)通訊，數(shù)據(jù)同步備份，保證了數(shù)據(jù)一致和完整性，使生產(chǎn)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

        圖2-1 聚合物配置圖

        油田根據(jù)三次采油的需要，在采油各作業(yè)區(qū)大量采用了膠聯(lián)聚合物配置系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以分為2個(gè)環(huán)節(jié)，即聚合物的分散和聚合物溶液的熟化。分散裝置在整個(gè)系統(tǒng)中占有重要的地位，其作用是將干粉狀的聚合物與水通過(guò)配比，攪拌，使其混合成均勻的滿足濃度要求的溶液。因?yàn)榫酆衔锶芤旱呐渲脻舛染纫筝^高，聚合物遇水又易產(chǎn)生“魚(yú)珠”“粘團(tuán)”，所以，這部分要由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部的自動(dòng)化控制。并且，裝置還可做成可移動(dòng)的車(chē)載形式。而熟化系統(tǒng)主要是在現(xiàn)場(chǎng)熟化罐中完成的，這部分的控制形式可以是人工的也可以是計(jì)算機(jī)的。

        計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制方案是使用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)加可編程控制器組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)代替原手動(dòng)控制系統(tǒng)，配置站和注入站完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，通過(guò)數(shù)字電臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，達(dá)到配置站和兩個(gè)注入站之間的聯(lián)動(dòng)控制，各站的控制系統(tǒng)組成一個(gè)有機(jī)的整體系統(tǒng)，改變過(guò)去自成體系的分裂局面。這樣不但可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，而且可以很好地協(xié)調(diào)聚合物配置與注入之間量的關(guān)系，有效地降低成本，達(dá)到最佳配置效果。

        當(dāng)儲(chǔ)液罐的液位發(fā)生變化時(shí)，就需要調(diào)整配置站外輸泵變頻器的輸出頻率來(lái)調(diào)整外輸泵的轉(zhuǎn)速，同時(shí)調(diào)整外輸泵出口閥門(mén)的開(kāi)度，當(dāng)調(diào)整閥門(mén)的開(kāi)度不能使流量達(dá)到要求時(shí)，應(yīng)微調(diào)變頻器，由此控制配置站輸出到注入站的聚合物流量來(lái)調(diào)整注入站儲(chǔ)液罐的液位。聚合物配置圖如圖2-1所示。

        油田聚合物配置控制系統(tǒng)包括分散部分和熟化部分。

        (1)分散部分工藝流程圖如圖2-2所示。

        圖2-2分散控制流程圖

        控制流程如下：在供給壓力水0.4-0.5Mpa、干粉、電力(220V、380V)后。該部分可按照要求的配液濃度進(jìn)行自動(dòng)生產(chǎn)配液(濃度可調(diào))，誤差小于±5% 。清水由清水泵打入，聚合物由聚合物罐經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)機(jī)射流器送入，清水和聚合物在混配器中混合，進(jìn)入混合罐，經(jīng)攪拌，使其生成所要的溶液，再由轉(zhuǎn)液泵打去當(dāng)?shù)氐氖旎?。至此完成了整個(gè)配置的分散過(guò)程。

        (2)熟化部分流程圖如圖2-3所示。

        如圖2-3所示由分散裝置配置完成的聚合物溶液經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)液泵打入3個(gè)熟化罐，在熟化罐里，攪拌120min以上形成的溶液即可滿足使用標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)外輸泵打出，去各注入站。

        三、統(tǒng)配置及功能實(shí)現(xiàn)

        3.1、系統(tǒng)配置

        硬件：監(jiān)控中心配置2臺(tái)工控機(jī)，安裝組態(tài)王軟件并配有除灰監(jiān)控系統(tǒng)用于工作人員進(jìn)行監(jiān)控操作，并配置雙機(jī)熱備模式;同時(shí)安裝歐姆龍PLC，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，并通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)連接到2臺(tái)上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

        軟件：由組態(tài)王設(shè)計(jì)的除灰系統(tǒng)監(jiān)控軟件對(duì)采集數(shù)據(jù)和工藝流程進(jìn)行管理、控制;PLC 編程軟件將控制程序下裝到PLC，并對(duì)PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。硬件配置具有擴(kuò)展性，用于增加設(shè)備或與其他系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

        本方案的邏輯及順序控制部分采用PLC來(lái)完成，整個(gè)控制過(guò)程的畫(huà)面監(jiān)測(cè)，由力控監(jiān)控軟件來(lái)完成。整個(gè)控制系統(tǒng)分為2個(gè)部分，分散和熟化，在PLC里可以形成2個(gè)子程序，按需調(diào)用。畫(huà)面監(jiān)測(cè)也可以分成2個(gè)部分，分別顯示。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。

        圖3-1自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        3.2、功能實(shí)現(xiàn)

        在系統(tǒng)中建立混合罐、熟化罐液位，流量計(jì)讀數(shù)，罐內(nèi)動(dòng)態(tài)液位顯示，曲線，警報(bào)等動(dòng)態(tài)變量時(shí)，需先在“設(shè)備”中建立仿真PLC，并在“數(shù)據(jù)詞典”中建立所需動(dòng)態(tài)變量，設(shè)置連接設(shè)備、寄存器類型、數(shù)據(jù)類型等信息?？勺償?shù)字的顯示在監(jiān)控畫(huà)面中應(yīng)設(shè)為“##.##”;管內(nèi)動(dòng)態(tài)液位通過(guò)設(shè)置背景色及填充色顯示，設(shè)置完畢后，均將其與相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)變量相連接。按鈕功能的實(shí)現(xiàn)需要輸入適當(dāng)?shù)拿睿?/p>

        退出：exit(0);

        切換畫(huà)面：showpicture(’****’);(“****”表示所切換的畫(huà)面)

        輸入提示：支持觸摸屏的工作方式，凡有輸入的地方均出現(xiàn)軟鍵盤(pán)?？蛇M(jìn)行配方管理，根據(jù)需要，操作人員可以調(diào)整溶液的配比。

        根據(jù)系統(tǒng)工藝需求，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了豐富的畫(huà)面顯示，形象動(dòng)態(tài)的顯示分散系統(tǒng)、熟化系統(tǒng)布置圖，并采用不同顏色的顯示來(lái)反映各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)具有完善的報(bào)警處理，系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，能顯示報(bào)警畫(huà)面、顯示報(bào)警內(nèi)容，并對(duì)報(bào)警進(jìn)行記錄，以便查詢、打印。

        畫(huà)面監(jiān)測(cè)：包括流程監(jiān)控畫(huà)面、工藝參數(shù)顯示、報(bào)警畫(huà)面、趨勢(shì)畫(huà)面和報(bào)表畫(huà)面。流程監(jiān)控畫(huà)面如圖3-3。

        圖3-3流程監(jiān)控畫(huà)面

        圖3-3主要是分散裝置流程圖。清水經(jīng)水泵、電動(dòng)球閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥流向混合罐;同時(shí)，聚合物干粉經(jīng)螺旋送料器、漏斗、射流器、混配器流入混合罐。在混合罐內(nèi)將兩種原料攪拌后，流向熟化罐。

        熟化過(guò)程畫(huà)面如圖3-4所示。來(lái)自分散裝置的混合物分別經(jīng)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)熟化罐后，流向注聚泵。該系統(tǒng)具有完善的報(bào)警處理，系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，能顯示報(bào)警畫(huà)面、顯示報(bào)警內(nèi)容，并對(duì)報(bào)警進(jìn)行記錄。

        將工藝流程真實(shí)地在流程畫(huà)面上反映出來(lái)，該畫(huà)面具有實(shí)時(shí)、立體、動(dòng)態(tài)的效果。該畫(huà)面不但具有直接顯示每一個(gè)罐區(qū)的液位、體積、重量功能，還具有動(dòng)態(tài)介質(zhì)流程走向和各種報(bào)警功能。報(bào)警系統(tǒng)如圖

        化過(guò)程畫(huà)面

        每一個(gè)液位都具有歷史趨勢(shì)和實(shí)時(shí)趨勢(shì)功能，歷史趨勢(shì)最長(zhǎng)可達(dá)350小時(shí)，操作工可根據(jù)要求隨時(shí)進(jìn)行查找。

        對(duì)重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)都具有語(yǔ)音報(bào)警功能，當(dāng)參數(shù)達(dá)到高限報(bào)警或低限報(bào)警時(shí)，由語(yǔ)音直接輸出、提醒操作工注意。

        報(bào)警畫(huà)面包括對(duì)分散車(chē)間和熟化車(chē)間的異常狀況發(fā)出警報(bào)。當(dāng)分散車(chē)間的混合罐內(nèi)液位出現(xiàn)異常時(shí)，警報(bào)窗口會(huì)將事件日期、事件時(shí)間、報(bào)警日期、報(bào)警時(shí)間、變量名、報(bào)警類型、界限值、優(yōu)先級(jí)、操作員等信息如實(shí)反饋。當(dāng)熟化車(chē)間的3個(gè)熟化罐中的任意一個(gè)，出現(xiàn)液位過(guò)高或過(guò)低的狀況時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出報(bào)警，各罐之間警報(bào)不發(fā)生沖突，可同時(shí)顯示多個(gè)報(bào)警信息。

        圖3-6所示為混合罐和1、2、3號(hào)熟化罐的液位曲線圖。

        圖3-5報(bào)警畫(huà)面

        圖3-6實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線畫(huà)面

        聚合物驅(qū)油技術(shù)具體又分為聚合物驅(qū)，堿-聚合物驅(qū)、表面活性劑-聚合物混相驅(qū)、堿、表面活性劑-聚合物混相驅(qū)。實(shí)際應(yīng)用中，常根據(jù)不同的油層物性(低滲透、中滲透、高滲透油層)而定采用多大分子量的丙烯酰胺類聚合物合適。如我國(guó)的大慶油田，因其滲透率較高，用于驅(qū)油的HPAM的分子量不應(yīng)低于1000萬(wàn)。然而，目前，輛工業(yè)生產(chǎn)難度大，大部分從英國(guó)、日本等國(guó)引進(jìn)。產(chǎn)品形態(tài)有乳液產(chǎn)品，水溶性凝膠產(chǎn)品、粉狀產(chǎn)品。因其用量大、市場(chǎng)穩(wěn)定，開(kāi)發(fā)研究我國(guó)的高分子量丙烯酰胺類聚合物的工業(yè)化合成工藝技術(shù)很有必要。

        四、結(jié)論與體會(huì)

        本案例對(duì)組態(tài)王有了初步的認(rèn)識(shí)，并在運(yùn)用和軟件模擬運(yùn)用上有了很大的提高。油田聚合物控制系統(tǒng)具有可靠的PLC對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中控制，并配置組態(tài)軟件作為監(jiān)控系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)視和流程控制。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，PLC通過(guò)工業(yè)總線形式從各設(shè)備傳感器、壓力儀表等采集數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)控制程序，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)、閥門(mén)等進(jìn)行監(jiān)控處理，并可以以多種工作方式進(jìn)行操作，如就地操作模式、遠(yuǎn)程操作模式、自動(dòng)流程控制等，將設(shè)備進(jìn)行集中控制管理，并監(jiān)視其運(yùn)行狀況，方便進(jìn)行故障處理。