CN106223913A - 一种多工位自动注水装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多工位自动注水装置及其控制方法，属于油田采油厂井口注水技术领域。该装置包括总进水管、水井注水管、电动执行机构、阀位选择机构、注水限流阀、水井流量计、温度计、压力计、就地控制器、远程控制器等。就地控制器接收远程控制器的每个注水井注水量参数，就地控制器参数输出转化为每个注水井的注水限流阀的阀位设定值。该装置和方法的使用降低系统的一次性投资和运行费用，同时可以实现注水间无人值守的自动注水作业，大幅降低劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及油田采油厂井口注水技术领域，特别是指一种多工位自动注水装置及其控制方法。
背景技术
采油厂井口在投入生产后，随着开采时间的增长，地下油层本身能量不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，并且地下原油大量脱气，导致粘度增加，油井产量大大减少，甚至会停喷停产，造成地下残留的大量死油无法进行开采。为了弥补采出原油等液体造成的地下亏空，保持或提高油层压力，实现油田高产稳产，并获得一定的采收率，需要根据工艺需要对采油区进行注水作业。注水的水源一般来自采油区的联合站或中转站，水源经加压、加温处理后送至区域的水井控制间，该控制间一般与用于区域油井的计量间并排放置以便与管理维护。注水井的注水作业除需要保证一定的压力和温度外，更加重要的是对每一口注水井还需要根据工艺状态保证每日和每月的注水量。目前各油田在注水控制间中普遍采用的有手动和自动两种方法，手动方式是根据每口井安装的流量计测得的流量值由人工定期调整手动阀门；自动方式则是在每个水井通道上与流量计配套安装电动调节阀，该电动调节阀可以根据就地或远程设定的流量目标值实现阀位调整，以满足每口水井的注水工艺需求。其中手动方式需要的人员劳动强度较大，而且由于巡检不到位有可能造成注水量无法保证；而自动方式虽然能够实现自动注水，但需要对每一口水井都配备电动调节阀及其对应控制回路，一次性投资大，设备后期运行维护费用也高。采油的注水作业尽管工艺成熟，设备不复杂，但由于注水井数量很多，每一口注水井都需要有独立的动态注水量调整要求，对现场作业人员的劳动强度较大，而且对操作维护者的责任心有很强要求。实现注水间的自动注水是解决这一问题的有些途径，也是实现注水间无人值守的必要功能。常规的自动注水对每一口水井设置了独立的调节机构和闭环控制器，投资成本和维护量居高不下。因此，急需一种可以实现注水间无人值守的自动注水作业，并大大降低系统的一次性投资和运行费用的注水装置和方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多工位自动注水装置及其控制方法。注水井作业的重点是保证日注水量或月总注水量，对瞬时流量及动态特性要求并不高，基于这个工作特点，本发明装置及其控制方法的显著特点是整套装置仅使用一个电动执行机构来模拟替代人工的流量调节作业工况。装置在满足多注水井完成无人值守的自动注水的前提下，大大减少了设备数量和控制回路数，对实现油田采油厂的降本增效目标有极大促进作用。
该装置包括总进水管、水井注水管、电动执行机构、阀位选择机构、注水限流阀、水井流量计、温度计、压力计、就地控制器和远程控制器；总进水管分支成一个以上的水井注水管，水井注水管上安装水井流量计和注水限流阀，水井注水管将水注入注水井，总进水管上安装温度计和压力计，阀位选择机构通过电动执行机构控制注水限流阀，电动执行机构的端部通过带销轴电磁开关控制的可伸缩爪盘与注水限流阀手柄连接，电动执行机构连接编码器，远程控制器通过就地控制器对自动注水装置进行控制。
其中，总进水管是为各个水井供水的总管路，功能是将来自采油区联合站或中转站的经加压、升温处理后水源引入，由装置进行水量分配送至各个注水井。
阀位选择机构与电动执行机构连接，通过将电动执行机构旋转，并配合各注水限流阀的接近开关实现与环形布置的多个注水限流阀的位置定位。
电动执行机构通过阀位选择机构旋转并定位要调整的注水限流阀。电动执行机构用于调整该装置上所有的注水限流阀的阀位，且每次操作仅完成对一个注水限流阀的操作。电动执行机构的端部设置有通过带销轴电磁开关控制的可伸缩爪盘用于与注水限流阀手柄连接。
水井注水管可以为多个，一端连接在总进水管上，另一端的管路分别对应相应各个注水井，功能是为每个注水井提供工艺需求的注水量。每个水井注水管上安装注水限流阀和水井流量计，注水限流阀为普通的手动调节阀，可与电动执行机构端部结合后实现旋转调节，水井流量计用于检测每个水井注水管的注水量。
温度计、压力计安装在总进水管上，用于监测总进水管进入装置水源的温度和压力参数，完成必要的参数测量和统计。
就地控制器由计算机处理器、信号I/O接口、通讯部件组成，负责采集装置上所有与注水相关的电气信号，同时通过控制器的计算对注水瞬时量和累计量进行闭环控制，并输出对电动执行机构、阀位选择机构的控制信号，并完成对整个装置运行状态的监控。
远程控制器是由计算机处理器、通讯部件、人机接口部件等组成，是完成无人值守自动注水的必要部分，一台远程控制器可以通过无线通讯与多台就地控制器进行数据交换，实现在中控室或控制机房内实现对所连接的所有注水井的注水量设定与变更，并可输出相关数据。
应用该装置的控制方法，主要包括如下步骤：
(一)就地控制器根据预设定或者实时接收来自远程控制器的每个注水井注水量参数，与相应每个水井注水管上水井流量计检测到的注水量相比较，通过就地控制器实现水量闭环控制，就地控制器参数输出转化为每个注水井的注水限流阀的阀位设定值，对需要进行调整的注水井，通过阀位选择结构将电动执行机构旋转至目标注水井对应的注水限流阀，在阀位选择机构带动旋转电动执行机构过程中，可伸缩爪盘收回；
(二)定位完成后，可伸缩爪盘伸出与注水限流阀手柄完成连接，然后由电动执行机构驱动注水限流阀到达指定阀位，各个注水限流阀调节的角度由电动执行机构后的编码器完成记录并实现注水限流阀阀位开度对应；
(三)调节完成后可伸缩爪盘收回，通过旋转定位进行下一注水限流阀的调节。
该多工位自动注水装置核心是按照各个水井的注水量需求将总进水管输送来的水源按设定进行分配。由于注水量及地下对注水的需求相对是一个对实时性要求不高的操作，本发明采用了模拟人工巡检调整的设计。
采用一台电动执行机构配合阀位选择机构完成对自动注水装置上每个水井注水管注水限流阀的流量调节。系统开始运行后，使用电动执行机构对每个注水限流阀阀位的最大最小开度对应的编码器值进行测量和标定，标定过程结束，人工不再操作注水限流阀，保证注水限流阀阀位在下次自动调整前不发生变化。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、不需要采油作业人员对每口水井都进行手工的流量调整，可以通过在就地设定或者远程设定的方式自动完成每口水井的注水量控制，大大降低人员工作强度，提高注水控制精度和可靠性。
2、多工位自动注水装置可以大大提高注水间的设备集中管理程度，同时降低为每个注水井配备独立调节阀和控制回路的投资造价和维护成本。
3、配合无线通讯和远程控制器，可以实现对大范围区域的水井的集中远程管理，完成自动注水量控制和注水量报表汇总和数据统计，在实现少人或无人化的情况下，能够为采油工艺和地藏分析提供更加准确的数据支持。
附图说明
图1为本发明的多工位自动注水装置结构示意图；
图2为本发明的多工位自动注水装置水井注水管环形排列系统布置示意图一；
图3为本发明的多工位自动注水装置水井注水管环形排列系统布置示意图二；
图4为本发明多工位自动注水装置控制流程图；
图5为本发明就地控制功能示意图；
图6为本发明远程控制器功能示意图。
其中：1-总进水管；2-水井注水管；3-电动执行机构；4-阀位选择机构；5-注水限流阀；6-水井流量计；7-温度计；8-压力计；9-注水井；10-带销轴电磁开关；11-编码器；12-可伸缩爪盘。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种多工位自动注水装置及其控制方法。
如图1和图2、图3所示，该装置中总进水管1分支成一个以上的水井注水管2，水井注水管2上安装水井流量计6和注水限流阀5，水井注水管2将水注入注水井9，总进水管1上安装温度计7和压力计8，阀位选择机构4通过电动执行机构3控制注水限流阀5，电动执行机构3的端部通过带销轴电磁开关10控制的可伸缩爪盘12与注水限流阀5手柄连接，电动执行机构3连接编码器11，远程控制器通过就地控制器对自动注水装置进行控制。
其中，总进水管1是为各个注水井9供水的总管路，功能是将来自采油区联合站或中转站的经加压、升温处理后水源引入，由装置进行水量分配送至各个注水井9。
阀位选择机构4与电动执行机构3连接，通过将电动执行机构3旋转，并配合各注水限流阀5的接近开关实现与环形布置的多个注水限流阀5的位置定位。
电动执行机构3通过阀位选择机构4旋转并定位要调整的注水限流阀5。电动执行机构4用于调整该装置上所有的注水限流阀5的阀位，且每次操作仅完成对一个注水限流阀5的操作。电动执行机构3的端部设置有通过带销轴电磁开关10控制的可伸缩爪盘12用于与注水限流阀5手柄连接。
水井注水管2可以为多个，一端连接在总进水管1上，另一端的管路分别对应相应各个注水井9，功能是为每个注水井9提供工艺需求的注水量。每个水井注水管2上安装注水限流阀5和水井流量计6，注水限流阀5为普通的手动调节阀，可与电动执行机构3端部结合后实现旋转调节，水井流量计6用于检测每个水井注水管2的注水量。
温度计7、压力计8安装在总进水管1上，用于监测总进水管1进入装置水源的温度和压力参数，完成必要的参数测量和统计。
就地控制器由计算机处理器、信号I/O接口、通讯部件组成，如图5所示，就地控制器负责采集装置上所有与注水相关的电气信号，同时通过控制器的计算对注水瞬时量和累计量进行闭环控制，并输出对电动执行机构3、阀位选择机构4的控制信号，并完成对整个装置运行状态的监控。
如图6所示，远程控制器是由计算机处理器、通讯部件、人机接口部件等组成，是完成无人值守自动注水的必要部分，一台远程控制器可以通过无线通讯与多台就地控制器进行数据交换，实现在中控室或控制机房内实现对所连接的所有注水井9的注水量设定与变更，并可输出相关数据。
如图4所示，使用该装置的控制方法步骤如下：
(一)就地控制器根据预设定或者实时接收来自远程控制器的每个注水井9注水量参数，与相应每个水井注水管2上水井流量计6检测到的注水量相比较，通过就地控制器实现水量闭环控制，就地控制器参数输出转化为每个注水井9的注水限流阀5的阀位设定值，对需要进行调整的注水井9，通过阀位选择结构4将电动执行机构3旋转至目标注水井9对应的注水限流阀5，在阀位选择机构4带动旋转电动执行机构3过程中，可伸缩爪盘12收回；
(二)定位完成后，可伸缩爪盘12伸出与注水限流阀5手柄完成连接，然后由电动执行机构3驱动注水限流阀5到达指定阀位，各个注水限流阀5调节的角度由电动执行机构3后的编码器11完成记录并实现注水限流阀5阀位开度对应；
(三)调节完成后可伸缩爪盘12收回，通过旋转定位进行下一注水限流阀5的调节。
在操作过程中，采用一台电动执行机构3配合阀位选择机构4完成对自动注水装置上每个水井注水管注水限流阀5的流量调节。
系统开始运行后，使用电动执行机构3对每个注水限流阀5阀位的最大最小开度对应的编码器值进行测量和标定，标定过程结束，人工不再操作注水限流阀5，保证注水限流阀5阀位在下次自动调整前不发生变化。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多工位自动注水装置，其特征在于：包括总进水管(1)、水井注水管(2)、电动执行机构(3)、阀位选择机构(4)、注水限流阀(5)、水井流量计(6)、温度计(7)、压力计(8)、就地控制器和远程控制器；总进水管(1)分支成一个以上的水井注水管(2)，水井注水管(2)上安装水井流量计(6)和注水限流阀(5)，水井注水管(2)将水注入注水井(9)，总进水管(1)上安装温度计(7)和压力计(8)，阀位选择机构(4)通过电动执行机构(3)控制注水限流阀(5)，电动执行机构(3)的端部通过带销轴电磁开关(10)控制的可伸缩爪盘(12)与注水限流阀(5)手柄连接，电动执行机构(3)连接编码器(11)，远程控制器通过就地控制器对自动注水装置进行控制。
2.根据权利要求1所述的多工位自动注水装置，其特征在于：所述电动执行机构(3)通过阀位选择机构(4)旋转并定位要调整的注水限流阀(5)。
3.根据权利要求1所述的多工位自动注水装置，其特征在于：所述注水限流阀(5)为手动调节阀。
4.根据权利要求1所述的多工位自动注水装置，其特征在于：所述就地控制器由计算机处理器、信号I/O接口、通讯部件组成，负责采集自动注水装置上所有与注水相关的电气信号，通过计算对注水瞬时量和累计量进行闭环控制，并输出对电动执行机构(3)和阀位选择机构(4)的控制信号。
5.根据权利要求1所述的多工位自动注水装置，其特征在于：所述远程控制器包括计算机处理器、通讯部件、人机接口部件，一台远程控制器通过无线通讯与多台就地控制器进行数据交换，实现在中控室或控制机房内对所连接的所有注水井(9)的注水量设定与变更。
6.采用权利要求1所述的多工位自动注水装置进行自动注水控制的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(一)就地控制器根据预设定或者实时接收来自远程控制器的每个注水井(9)注水量参数，与相应每个水井注水管(2)上水井流量计(6)检测到的注水量相比较，通过就地控制器实现水量闭环控制，就地控制器参数输出转化为每个注水井(9)的注水限流阀(5)的阀位设定值，对需要进行调整的注水井(9)，通过阀位选择结构(4)将电动执行机构(3)旋转至目标注水井(9)对应的注水限流阀(5)，在阀位选择机构(4)带动旋转电动执行机构(3)过程中，可伸缩爪盘(12)收回；
(二)定位完成后，可伸缩爪盘(12)伸出与注水限流阀(5)手柄完成连接，然后由电动执行机构(3)驱动注水限流阀(5)到达指定阀位，各个注水限流阀(5)调节的角度由电动执行机构(3)后的编码器(11)完成记录并实现注水限流阀(5)阀位开度对应；
(三)调节完成后可伸缩爪盘(12)收回，通过旋转定位进行下一注水限流阀(5)的调节。
7.根据权利要求1或6所述的多工位自动注水装置及控制方法，其特征在于：采用一台电动执行机构(3)配合阀位选择机构(4)完成对自动注水装置上每个水井注水管注水限流阀(5)的流量调节。
8.根据权利要求1或6所述的多工位自动注水装置及控制方法，其特征在于：系统开始运行后，使用电动执行机构(3)对每个注水限流阀(5)阀位的最大最小开度对应的编码器值进行测量和标定，标定过程结束，人工不再操作注水限流阀(5)，保证注水限流阀(5)阀位在下次自动调整前不发生变化。
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