【摘要】本文基于我国油田注水的现状，针对单井注水，说明了从人工控制到自动控制的重要性，并且对于自动化注水系统的设计目标、难点与对策进行了具体的说明，对以PLC为核心的自动化控制系统的构成与实际的运行效果进行了详细的阐述。
　　
【关键词】油田注水 控制系统工 PLC 压力
　　
当前我国广泛采用的原油开采工艺是通过注水井，将水注入地下的油层，以此避免由于采出原油后产生地下亏空，从而使油层的压力得到提升。一直以来，对于自动化技术在油田注水系统中的应用，人们没有给予足够的重视，并且注水方法与装备都较落后。随着近几年来我国的主力油田出现各种问题，如含水期特别高，采油速率缓慢及成本不断增加等，采用科学精确的注水来使采收率等的提高已是必然发展趋势。
　　
1 分析我国油田注水的现状
　　
通常情况下，我国的油田注水在处理水质时，采用的都是统一的水源站进行，在水泵的作用下，送到各注水间，之后在注水间内母管分支管的作用下，送到各个注水井内[1]。比较大的一些油田水源站在当前都有特定的如流量检测等的自动化检测系统，在注水间内，所有注水井的压力与流量只有通过人工手动的调节才能完成，而在检测压力与流量进，使用的仪表的精度都非常低，所以，油田注水在当前还有很多问题存在。
　　
（1）在管网压力波的影响下，进行人工配注工艺时，由于频繁的操作，超注及欠注等情况时有发生，与注水方案中合理的压力与流量的需求还相差甚远；
　　
（2）在技术及责任等的影响下，使得夜间的管理质量非常差，频频发生超欠注的情况，为了满足一天的总注水量，白班工作人员忽略了平稳注水的需求，在夜间一旦有超注现象，基本上都是通过减少水量及使注水停止的对策；而一旦发现是欠注的情况，则会不断地加大水量，如此一来，套管保护就受到了很大的影响；
　　
（3）为了使各油层的游水需求得到满足，必须要有合理的压力与水量。对于这点，如果是人工操作是比较困难的，如果不是平稳合理的注水，则会弱化分层注水的作用，加快了单层突进，进而影响到了油田的可持续发展；
　　
2 设计自动化注水2.1 自动化注水的目标
　　
主要的目标就是，由硬件与软件所构成的测量控制系统，在油田注水间内根据配注的工艺需求对各注水井的注水量及压力不间断地自动调节，从而使注水量及压力的误差有所减少，使平衡合理注水实现；能够自动对原始数据进行收集与存储，使管理生产、试验研究更科学；工人劳动的强度会有效降低；对于井口阀门的盗窃等问题，在超限流量压力的报警功能下，都能及时地发现。
　　
2.2 难点的解决与对策2.2.1 流量测量的问题。
　　
（1）由于口径小、流速也比较低，在测量时，不能够保证精度。通常情况下，注水管为DN40、DN25等，而注水量则是在2.5～5.5m3/h，甚至比这更低；
　　
（2）压力比较大，很难使流量计的体积缩小，一般而言，注水的压力均超过了10Mpa，甚至在有些地方，都超过了35Mpa；
　　
（3）由于水质中有油与沙子等杂质，很难维持长时间可靠的运行。
　　
对于这个问题，可以通过智能一体化的喷嘴流量计或者是高压涡流量计[2]，主要的特征是，测量的元件、高压水所接触的材料均是由高合金钢制作而成，也比较耐磨，体积也较小，其测量的精度在约1%。
　　
2.2.2 高压自动调节机构问题
　　
（1）流速比较低，难以保障调节的特性；
　　
（2）压差变化的范围较大，很难达到调节的稳定性；
　　
（3）压力比较高，很难缩小调节阀的体积；
　　
（4）水质中有沙子等杂质，很难实现长期可靠的运行。
　　
当前市场上的普通高压调节阀，一般体积都比较大，价格也不便宜，但调节型球阀，不仅重量轻，体积小，价格适宜，而且有利于维护，工作的压力超过了40Mpa。一般情况下，球阀的调节性能不足，“O“型的球阀呈直线，“V”型基本为百分比的特性，在智能型电子式的执行器作用下，进行修正执行器，采用适宜的口径，球阀可以达
　　
到注水调节的需求[3]。
　　
3 软件控制的对策
　　
某注水间所使用的软件控制模型如下图1所示，主被控量是注水流量，通过定值进行控制，如果注水压力是处于标准的范围，根据流量，对运行的参数可以在反馈控制器C（s）的作用下，进行有效调节，如果在标准范围以外，不但要报警，而且根据预定的参数，反馈控制器C（s）进行运行，此时，可能会加大流量间的偏差值。
　　
F（S）：前向控制器，也就是滤波器的设定值，主要使设定值的跟踪特性最优，计算方法是：
　　
YSV（K+1）=（1-α）·SV（K）+α·YSV（K）
　　
公式中，α是滤波系数，0<α≤1；
　　
C（s）是反馈控制器，C（s）=KP[1+1/
　　
Ti·s+Td·s/（1+Tdlag·s）]
　　
式中，KP是比例系数、Ti为积分时间、Td为微分时间、Tdlag微分滞后时间。
　　
G（KP＼、Ti、Td）是参数自整定机，其主要的功能就是调度处方，G（KP＼、Ti、Td）=f（e，△e，Pl），其中，e是偏差、△e是偏差的变化率、Pl为注水壓力测量值。
　　
P（s）是受控的对象。
　　
4 系统的构成
　　
流量计信号直接进入到PLC中，待其基本的控制运算完成后，将输出的控制信号传输至调节阀，在压力变送器的作用下，首先将检测到的注水压力信号输入智能巡检仪XSL中，其经过RS232的接口，跟上位机IPC进行通讯，同时，也与PLC进行通讯，数据的存储、声光报警等功能都是在IPC的作用下完成。见图2。
　　
自动化注水系统的控制效果优良，对于供水的压力、井下的压力等对注水流量的影响，都可以起到很好的作用，而且也可以使注水的压力稳定在标准的范围内，使平稳注水的目标实现，大量的原始数据也被自动地收集储存。
　　
参考文献
　　
[1] 杨松山，王凤东.同步测调应用于油田注水的研究与实验[J].工业仪表与自动化装置，2010（02）：123-125
　　
[2] 马强，陈丽，冯云亮.泵控泵技术在海一联注水系统的应用[J].承德石油高等专科学校学报，2011（01）：96-98
　　
[3] 赵鹏睿.油田注水井远程注水控制系统[J].油气田地面工程，2011（06）：75-77