CN210798938U

CN210798938U - 一种油田注水系统泄漏监控装置

Info

Publication number: CN210798938U
Application number: CN201921605862.1U
Authority: CN
Inventors: 袁伯利; 丁涛; 邵连鹏; 袁杰; 袁晓鹏; 李永强; 邓卫东; 田心春; 王才美; 梁军
Original assignee: Jingzhou Mind Science & Technology Co ltd
Current assignee: Jingzhou Mind Science & Technology Co ltd
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2029-09-25

Abstract

本实用新型公开了一种油田注水系统泄漏监控装置，包括：入口流量变送器安装在每个注水泵入水口处，自动阀设置在现场汇管的每个出水口处，控制注水干线中水的通断，每个支线流量变送器连接有多个单井管线，每个单井管线上均安装有流量自控仪和压力变送器；各个注水站和各个配水间均设置有RTU和DTU，且入口流量变送器、自动阀、支线流量变送器、流量自控仪和压力变送器均与RTU有线或者无线通信连接，RTU和DTU通信连接，DTU通过移动数据网和路由器与SCADA系统服务器形成数据通信子网。本实用新型提供的技术方案能够实现对油田注水系统的泄漏及时发现、报警和及时应对。

Description

一种油田注水系统泄漏监控装置

技术领域

本实用新型涉及油田管路监控技术领域，更具体的说是涉及一种油田注水系统泄漏监控装置。

背景技术

油田注水是油田开发过程中向地层补充能量、实现高产稳产，提高油田采收率的重要手段之一。然而由于注水压力高以及管网腐蚀、设备老化及早期失效导致经常出现注水系统泄漏，若发现与处置不及时不仅仅是浪费水源及破坏环境问题，而且更严重的还伤及附近人员，冲毁道路、房屋、桥梁的地基或冲垮注水井地层，造成灾难性事故。尽管目前各大油田都已经或正在完成注水生产的自动化或信息化监控改造，对注水压力、流量实行了远程数据监测与自动流量调节，但是还没有有效的办法实现自动对注水系统的泄漏及时发现、报警与自动应急处置，还得依赖人工监测、分析发现异常数据的监测点，然后通知人工巡线查找泄漏点或到监测点进一步诊断来确定漏水管线并关闭上级阀门，最后维修。由于注水管网分支且多远近不同，不同仪表本身的存在示数误差，注水压力及流量的波动且波动在各监测点并不同步或保持固定时差，人工调整单井配注量的设置及设备自动稳流调节频繁，故压力与流量数据波动相互关联且无固定规律，从单一压力或流量监测数据前后变化，一般监控人员难以直接从监控数据而准确判定是否漏水；另一方面，很多管线都埋在地下甚至有水泥硬覆盖，泄漏点不容易被及时发现，所以误判、误指挥、延误处置导致事态扩大的事件频繁发生，即浪费大量人力财力，也影响生产。

因此，如何实现对油田注水系统的泄漏及时发现、报警和及时处理是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种油田注水系统泄漏监控装置，能够实现对油田注水系统的泄漏及时发现、报警和及时应对。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种油田注水系统泄漏监控装置，包括：入口流量变送器、自动阀、支线流量变送器、流量自控仪和压力变送器；

所述入口流量变送器安装在每个注水泵入水口处；所述自动阀设置在现场汇管的每个出水口处，控制注水干线中水的通断，每个所述支线流量变送器连接有多个单井管线，每个单井管线上均安装有流量自控仪和压力变送器；

各个注水站和各个配水间均设置有RTU和DTU，且所述入口流量变送器、所述自动阀、所述支线流量变送器、所述流量自控仪和所述压力变送器均与所述RTU有线或者无线通信连接，所述RTU和所述DTU之间存在通信连接，所述DTU通过移动数据网和路由器与SCADA系统服务器形成数据通信子网，实现各种指令下达与数据上传。

优选的，所述入口流量变送器、所述支线流量变送器和所述压力变送器均为智能变送器。

优选的，所述自动阀包括：阀门和阀门控制器，所述阀门控制器与阀门启闭件相连，并与所述RTU通信相连。

优选的，所述流量自控仪用于接收所述RTU下达的指令关闭或打开阀门并自动控制阀门稳定在指定日配注量附近。

优选的，所述SCADA系统服务器和所述路由器均位于采油管理区。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种油田注水系统泄漏监控装置，采集入口流量变送器、支线流量变送器和压力变送器的数据，并和设定的报警线或者预警线进行比较，发出泄漏预警或报警提醒，待监控人员排除仪表误差原因导致预警或报警并确认泄漏后，通过指令关闭阀门停止注水，保证油田开发安全。

本实用新型提供的能够实现对油田注水系统的泄漏及时发现、报警和及时应对。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的油田注水系统泄漏监控装置的示意图；

图2为本实用新型提供的注水主干线泄漏监控方法的流程图；

图3为本实用新型提供的单井泄漏监控方法的流程图；

图4为本实用新型提供的单井注水指示曲线与报警线示意图。

1、入口流量变送器；2、压力变送器；3、流量自控仪；4、自动阀；5、 RTU；6、DTU；7、SCADA系统服务器；8、支线流量变送器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见附图1，本实用新型实施例公开了一种油田注水系统泄漏监控装置，包括：入口流量变送器1、自动阀4、支线流量变送器8、流量自控仪3和压力变送器2；

入口流量变送器1安装在每个注水泵入水口处，并通过注水泵和汇管相连；自动阀设置在现场汇管的每个出水口处，控制注水干线中水的通断，自动阀4通过注水干线与配水间处的支线流量变送器8相连，每个支线流量变送器8连接有多个单井管线，每个单井管线上均安装有流量自控仪3和压力变送器2；其中，多个注水泵并行安装在注水站内；

各个注水站和各个配水间均设置有RTU5和DTU6，且入口流量变送器1、自动阀4、支线流量变送器8、流量自控仪3和压力变送器2均与RTU5有线或者无线通信连接，RTU5和DTU6之间存在通信连接，DTU6通过移动数据网和路由器与SCADA系统服务器7形成数据通信子网，实现各种指令下达与数据上传。

在实际实现时，入口流量变送器1和支线流量变送器8为了表征其位置不同采用不同的命名，实际均用于所在管线水的瞬时流量及累计流量的计量，与布置在注水站或配水间的RTU5通信，上传测量值，二者距离较近可采用有线通信，若距离较远也可以是无线通信。但是在具体实现时，由于管径和流量的不同，采用的入口流量变送器和支线流量变送器会有所不同。

压力变送器2用于所在管线水的瞬时压力的测量，与设置配水间内RTU5 通信，上传瞬时压力值，同样的，既可以是有线通信也可以是无线通信。

自动阀4优选但不限于电动阀，该自动阀设有阀门控制器，可与设置在注水站内的RTU5通信，实现供水与断开供水功能。

RTU 5实现现场(注水站或配水间)仪表(入口流量变送器1、支线流量变送器8和压力变送器2等)的数据获取并转换成适合串口通信的格式，还可将上级设备发出的数据转换为指令控制各动作执行设备(如：自动阀4或流量自控仪3)执行。

DTU 6用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据，并通过移动数据通信网实现各配水间及注水站与采油管理区的无线数据通信，将测试数据上传至SCADA数据服务器7并将SCADA数据服务器7的报警信息及指令数据下达至现场RTU 5。

流量自控仪3包括自动阀及流量变送器，可以自动调节注水量在设定日配注量附近，并至少可将瞬时流量上传至配水间RTU5，也可以接收配水间 RTU5的指令关闭阀门。这里需要说明的是，流量自控仪把流量变送器、流量调节阀、智能控制器及通讯技术有机地集于一体的流量智能控制装置。

SCADA系统服务器7实现对各类数据的计算和判断，报警信息及指令数据的下达，从而实现泄漏监控。SCADA系统服务器7和路由器均位于采油管理区。

此外，本实用新型实施例还公开了一种油田注水系统泄漏监控方法，包括：注水主干线泄漏监控方法和单井泄漏监控方法，分别参见附图2和附图3：

其中，参加附图2，注水主干线泄漏监控方法包括：

11)获取各个入口流量变送器和各个支线流量变送器的瞬时流量数据，并计算入口总瞬时流量和出口总瞬时流量；

12)分别取连续不同时刻N1个入口总瞬时流量和出口总瞬时流量，并计算入口总瞬时流量算术平均值q_ai和出口总瞬时流量算术平均值q_ao，在达到 N2组算术平均值后，分别计算入口总瞬时流量算术平均值与出口总瞬时流量算术平均值各自的标准差S_i和S_o，并利用±3S规则排除异常值，并重新计算 q_ai、q_ao及其差值q_d，直到得到N2个q_d；其中，q_d＝q_ai-q_ao；

13)计算N2个q_d的平均值

及标准差S_d；

14)基于平均值

和标准差S_d设置泄漏报警阈值q_T和泄漏预警值q_G：

q_G＝0.667q_T

15)在监控时，每次采集N1个入口瞬时流量与出口瞬时流量，利用步骤 12)相同的计算方法得到一个q_d；

16)将q_d与泄漏预警值q_G进行比较，若连续3次内有2次q_d大于q_G，则发出预警，提示监控人员查明异常原因并排除；若否，则将q_d与泄漏报警阈值q_T比较，当q_d大于q_T时，监视器发出泄漏报警，并等待监控人员确认是否关闭注水干线的入口阀门。

单井泄漏监控方法包括：

21)改变流量自控仪的日配注量，在原日配注点前后取得多个注水压力 p及对应日配注量Q，得到多组(p,Q)值，并拟合出注水井的注水指示曲线 p-Q曲线，得到解析式p＝kQ+p₀；其中，k、p₀为常数；

22)按照注水最大允许误差百分率a％设定泄漏报警控制线： p＝(k-a％)Q+p₀；

23)将当前正常单井注水流量q换算成实际日配注量Q代入泄漏报警控制线，得到报警压力p_A；

24)在压力监控时，实际压力p首次小于p_A，则发出单井泄漏预警，并根据单井数据地址显示泄漏井号；当p再次小于p_A，则发出单井泄漏报警，并等待监控人员确认是否关闭流量自控仪的阀门。

为了进一步优化上述技术方案，当入口流量变送器和/或支线流量变送器重新标定或更换后，或者入口流量变送器和/或支线流量变送器准确度渐变导致误报警时，且确认无泄漏发生时，重复步骤11)～14)刷新泄漏报警阈值q_T和泄漏预警值q_G。

为了进一步优化上述技术方案，确认漏水后，将关闭指令传达给流量自控仪以自动关闭阀门，否则，刷新注水指示曲线和泄漏报警控制线。

为了进一步优化上述技术方案，N1＝5，N2＝25。

下面结合具体实例对本实用新型提供的注水主干线泄漏监控方法和单井泄漏监控方法作进一步阐述。为了方便表述，假设注水干线设置有入口流量变送器m只与出口流量变送器j只，编号分别为i1至im与o1至oj。干线泄漏监控与预警处置方法包括以下步骤：

1.由SCADA系统服务器7同步采集注水管网各入口与出口瞬时流量，获得当前工况(在管网不变、检测仪表准确且不变、单井注水量设置不变、无泄漏的工况)下一个序列(采集各次数n≥130)的瞬时流量数据。瞬时流量数据，依次截取5次分为1组，故预计有25组以上数据。

2.每组分别计算注水泵入水口和出口各流量变送器瞬时总流量的算术平均值q_ai、q_ao(下标a表示算术平均值，i表示入口，o表示出口，下同)及其差值q_d。具体方法及计算如下：

1)计算入口所有流量变送器瞬时5次总流量q_it1、q_it2、…、q_it5及出口所有流量变送器5次瞬时总流量q_ot1、q_ot2、…、q_ot5.即：

入口5次瞬时总流量：q_itn＝q_i1n+q_i2n+…+q_imn，n＝1至5.

出口5次瞬时总流量：q_otn＝q_o1n+q_o2n+…+q_ojn，n＝1至5.

式中，等式右边q_kn(k＝i1,i2,…,im，o1,o2,…,oj)表示第k只流量变送器同步示数。

2)计算入口与出口瞬时流量总和的算术均值q_ai、q_ao及其标准差S_i、S_o以及入口与出口瞬时流量总和的算术均值差q_d。

q_d＝q_ai-q_ao

3)每组分别对入口瞬时流量总和q_itn及出口瞬时流量总和q_otn数据利用 q_ai±3S_i及q_ao±3S_i判断是否有异常数据，若有则去掉这时刻异常数据，补充后面一次数据，再重复2)的计算。

4)获取下5次数据，重复1)、2)、3)的计算，直到获得25组入口与出口瞬时流量总和的算术均值差q_d数据。假设数据编号为 q_d1,q_d2,q_d3,……，q_d25；

5)计算入口与出口瞬时流量总和的算术均值差q_d的算术平均值及标准差S_d。即：

6)求得泄漏报警阈值q_T：

7)泄漏预警值q_G设为2q_T/3：q_G＝0.667q_T

3.在后续连续监控过程中，同步获取或查询服务器中最新的入口干线各流量变送器与出口干线各流量变送器连续5次瞬时流量，分别计算入口各流量变送器的总瞬时流量与出口各流量变送器的总瞬时流量平均值q_ai、q_ao，并计算入口与出口总瞬时流量平均流量差值q_d，显示并保存。

4.将q_d与泄漏报警阈值q_G比较，连续3次中有2次q_d大于q_G时，发出预警提示。预警后监控人员应指挥排查异常原因，比如：是否有泄漏，是否有流量变送器失准，是否更换了流量变送器等。

5.将q_d与泄漏报警阈值q_T比较，当q_d大于q_T时，监视器发出泄漏报警，并询问是否需要关闭注水干线的入口阀门，等待监控人员确认。若监控人员确认发生泄漏并同意关闭入口阀门时，则依程序关闭注水干线入口阀门，否则由监控人员暂停报警，继续供水，待查明及排除导致流量差异原因后取消报警。

6.考虑到流量变送器在使用一段时间后准确度可能变差，需要重新标定或需要更换新表，则是报警阈值会变化，所以应间隔一定时间或在获知流量变送器变化后，应重复步骤1与步骤2，刷新报警阈值。刷新时，应在确认无泄漏发生时进行。

单井管线泄漏可依据单井短期内注水指示曲线稳定性来判定。注水井注水指示曲线反映各单个注水层或整个注水井的注入压力p与日注入量Q的关系曲线。单井注水过了几天注水早期即进入稳定注水期，注水指示曲线在设定配注量附近近似为一条直线或由两段折线构成，每段直线的斜率反应地层视吸水指数的大小，若其斜率的变小，在排除地面压力与流量仪表故障后，表示管线泄漏或注水层吸水能力突变，采取适当的方法分辨，可确定是否泄漏并采取控制措施。

图3是本实用新型提供的单井管线泄漏判定与控制方法的流程图，包括如下步骤：

1.获得注水井的注水指示曲线：p-Q曲线，可采用如下两种方法：

方法一：人工测试。配水间一般要求每月都会人工测试注水指示曲线，可利用最近所测得的注水指示曲线，选取日配注量所在直线的解析式 p＝kQ+p₀作为初始监控线。

方法二：参见附图4，采用5点法远程自动测试得到新的注水指示曲线 p＝kQ+p₀。具体做法是：在采油管理区服务器端远程操控流量自控仪，取得至少5个不同配注量Q(单位：m³/d)下的注水压力p(单位：MPa)及瞬时流量q(单位：m³/h)，即除了当前日配注量点所得的(p，q)外，还在小于日配注量测得(p1，q1)、(p2，q2)以及大于日配注量测得(p4，q4)、(p5，q5) (注：如果因注水压力太大而日配注量不允许加大，测量点可以3点或4点配注量全小于Q_d)。利用成熟的最小二乘法软件可将这些点(注需将瞬时流量转换成日配注量)拟合得到一条直线解析式或者可还有另一条直线解析式组成的折线，即注水指示曲线，(p，Q_d)必在其中的一条拟合直线附近，假定其解析式为p＝kQ+p₀。

2.按注水流量最大允许误差(比如当前实际日配注量Q的+2％)设置泄漏报警控制线，参见附图4。可以求得下泄漏报警控制线为：

p＝(k-2％)Q+p₀或p＝24(k-2％)q+p₀

3.由监控应用软件统一发出指令上传当前单井注水瞬时流量q与压力p，将q代入控制线解析式，求得报警压力p_A；

4.若p小于p_A,则发出单井泄漏报警，并根据单井数据地址显示泄漏井号，并询问是否需要关闭流量自控仪3的阀门，等待监控人员确认。若监控人员确认非仪表示数不准，而是发生单井泄漏并同意关闭入口阀门时，则关闭流量自控仪3的阀门，否则由监控人员暂停报警，继续供水，待查明及排除导致流量差异原因后取消报警。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种油田注水系统泄漏监控装置，其特征在于，包括：入口流量变送器、自动阀、支线流量变送器、流量自控仪和压力变送器；

2.根据权利要求1所述的一种油田注水系统泄漏监控装置，其特征在于，所述入口流量变送器、所述支线流量变送器和所述压力变送器均为智能变送器。

3.根据权利要求1所述的一种油田注水系统泄漏监控装置，其特征在于，所述自动阀包括：阀门和阀门控制器，所述阀门控制器与阀门启闭件相连，并与所述RTU通信相连。

4.根据权利要求1所述的一种油田注水系统泄漏监控装置，其特征在于，所述流量自控仪用于接收所述RTU下达的指令关闭或打开阀门并自动控制阀门稳定在指定日配注量附近。