港东二区五断块空气泡沫驱先导试验自控系统设计

论文导读：统。上位机动态监控整套装置运行状态，对设备的运行状况进行实时显示、故障诊断、数据统计、原始记录，并可对装置的主要工艺参数进行设定。主要包括各传感器采集的数据，泵、阀、搅拌机、等设备的开关状态，以及配液流量、槽的高低液位、喂入压力等关键工艺参数的设定。控制系统以PLC为控制核心，自动采集装置运行参数，使装置的执
摘　要：空气泡沫驱技术综合了空气驱和泡沫驱的双重优点，成为挖掘油田剩余储量潜力的研究课题。本文以大港油田港东二区五断块先导试验项目为例，介绍了对空气泡沫驱工艺中控制系统的设计方案，从系统组成和控制原理等方面进行了论述。该设计方案在项目实施后体现出自动化程度高、易于操作及维护的优点，值得在今后的项目中推广应用。
关键词：空气泡沫驱 自控系统 系统组成 控制原理
一、引言
空气泡沫驱是为了提高采收率而创造性地将空气驱和泡沫驱有机地结合起来，应用于油田开发后期高含水高采出的一项三次采油新技术，是目前中国石油天然气股份有限公司重大开发试验项目之一。该技术利用泡沫的封堵作用来扩大注水波及体积，从而提高驱油效率和采收率。针对这一技术的研究，不少油田开展了先导性试验研究，大港油田港东二区五断块也开展了试验应用，该项目日总注入量为310m3/d，气液比为1：1，日注起泡剂溶液155 m3/d，注入压力25 MPa，注入井数为6口。先导试验方案采用直接配制泡沫剂目的液，通过柱塞泵增压，与空气混合后注入地层，单泵对多井的注入工艺。根据技术参数和装置工艺设计思路，整套装置采用橇装式模块化结构，装置中的各个设备安装于橇装房内，实现现场的快速拆装和运移。装置结构简单、布局合理、自动化程度高、易于操作及维护。本文以该项目为研究对象，简要介绍空气泡沫驱技术中自控系统的设计思路。

二、工艺流程及控制系统组成

泡沫剂原液由罐车运抵现场，通过卸车装置从罐车卸入到原液储槽。稀释槽中掺入一定量的低压污水后，再将储槽中的泡沫剂原液通过螺杆泵，泵入到稀释槽内，并配制成泡沫剂目的液。在稀释槽内搅拌均匀的泡沫剂目的液通过螺杆泵喂入给注入泵，经高压注入泵升压后与空气压缩机出来的高压空气分别计量后混合注入各单井。
整套泡沫驱装置控制系统由卸车倒灌单元、喂入单元、注入单元、掺水单元以及现场物理量的信号采集传感器、电动执行机构组成。控制系统的控制对象主要包含原液罐、稀释罐、喂入系统、配注系统。各控制单元之间采用联锁控制，实现整套装置的自动启停。
泡沫驱装置的工艺自动化控制系统采用以PLC为控制核心，计算机动态监控设备运行的集散控制系统，控制系统监控整套装置的自动及手动运行状态。依据技术要求参数，控制系统采用上位机、可编程控制器(PLC)、变频器、接触器、继电器等控制元件，以及高质量的监控仪表和阀门组成的DCS控制系统。上位机动态监控整套装置运行状态，对设备的运行状况进行实时显示、故障诊断、数据统计、原始记录，并可对装置的主要工艺参数进行设定。主要包括各传感器采集的数据，泵、阀、搅拌机、等设备的开关状态，以及配液流量、槽的高低液位、喂入压力等关键工艺参数的设定。控制系统以PLC为控制核心，自动采集装置运行参数，使装置的执行部件在CPU监控下工作，任何影响系统稳定性的因素都将被控制系统采集，并报警故障，减少了因人为干预造成的系统不稳定性，提高了系统可靠性。

三、控制系统原理

1.卸车倒灌单元

卸车倒灌单元主要包含2具原液罐（共容积42.5 m3）、5台电动阀、2台液位计、1台压力变送器、2台螺杆泵、1台流量计、2台液位开关。其主要作用是卸载、储存、输送由罐车供给的泡沫剂原液，保证喂入单元的配液需求。卸车倒罐单元为半自动控制，卸车手动控制，卸车时，旋动选择旋钮，打到卸车位置，根据需要可以人为或PLC自动选择储槽。倒罐自动控制，根据储水罐液位计采集反馈的液位信号，自动控制电动阀开关，实现储槽自动排出。在卸车倒罐过程中，入口阀和出口阀绝不会同时打开。

2.喂入控制单元

喂入控制单元主要包含2具泡沫剂溶液稀释槽、2台喂入泵、1台喂入压力传感器、2台液位变送器、2台搅拌机、4台电动阀。喂入泵排量15 m3/h，喂入压力0.6MPa，功率5.5KW，用于喂入注入泵所需泡沫溶液。在整套注聚装置中，喂入控制单元处于核心地位，倒罐单元、注入单元的启停均由喂入单元控制。当喂入单元源于：论文www.7ctime.com
运行时，首先检测每具稀释槽的液位，当检测到稀释槽液位低于设定低液位时，稀释罐入口阀打开并开到位，掺水单元开始工作，掺水单元入口阀打开，流量计开始计数，当达到设定值时，入口阀关闭，掺水单元停止向稀释槽内掺水，倒罐螺杆泵开始运转，将泡沫溶液输送至稀释槽内，流量计开始计数，搅拌机开始运转，当达到设定值时，螺杆泵停止运转，稀释槽入口阀关闭搅拌机停止运转。同时喂入控制单元检测另一个稀释槽液位是否低液位，如果是，喂入控制单元将按照上述过程再次运行。当2具稀释槽中任何一具，液位达到运行高液位时，喂入系统就处于运行准备状态，稀释罐出口阀开到位，控制系统将自动启动喂入泵开始运转，并进行PID闭环压力自动调节。CPU依据压力变送器采集的压力信号，控制变频器自动改变频率值，以保证达到设定的压力值，从而实现喂入系统的自动恒压喂入。当喂入压力低于设定压力时，喂入压力灯闪烁。喂入系统提供喂入压力的高、低报警，保证喂入系统的正常运行。

3.注入控制单元和参水单元

注入单元主要由2台注入泵、2台变频器、2台泡沫溶液流量计和2台压力开关、2台压力变送器组成。注入泵等级为25MPa, 计量采用电磁流量计，对目的液量进行计量。当喂入控制单元处于运行准备状态，注入单元可以手动启动柱塞泵，并进行PID闭环压力自动调节。CPU依据压力变送器采集的压力信号，控制变频器自动改变频率值，以保证达到设定的压力值，从而实现注入系统的自动恒压喂入。而掺水单元主要包含1台电动阀，1台流量计，其作用是控制和测量低压来水。

4.监控单元

监控单元采用计算机作为硬件，内嵌监控软件，实时显示各系统电气设备的运转状况，可以对装置的主要运行参数进行调整设置，如搅拌时间、喂入压力、注入压力等参数。并且具备历史数据记录、报警等功能。工业组态监控软件，具备良好的人机界面及交流互动能力，实时动态显示施工过程中的压力、流量、液位、搅拌时间等数据，实时模拟流程运行状况；具备完善的报警功能，实时报警显示故论文导读：相应处理措施。四、结束语港东二区五断块空气泡沫驱先导试验项目研究中采用了上述控制系统工艺设计方案，目前该项目已经试投产，运行中显现出了自动化程度高、易于操作及维护的优点。项目实施后，预计采收率将提高12%，累计增油84800t。空气泡沫驱技术控制系统的设计将随着空气泡沫驱系统研究体系的深入发展不断改进，
障点，如电机过载跳闸、电动阀未（开或关）到位、低流量、喂入压力超高、传感器故障等等故障，提示操作员采取相应处理措施。
四、结束语
港东二区五断块空气泡沫驱先导试验项目研究中采用了上述控制系统工艺设计方案，目前该项目已经试投产，运行中显现出了自动化程度高、易于操作及维护的优点。项目实施后，预计采收率将提高12%，累计增油84800 t。 空气泡沫驱技术控制系统的设计将随着空气泡沫驱系统研究体系的深入发展不断改进，更安全、更简易、更精准的设计目标将是今后的发展方向。
参考文献
于洪敏，任邵然，王杰祥等.胜利油田注空气提高采收率数模研究[J].石油钻采工艺2008,30（3）：105～109
任邵然，于洪敏，左景栾等.中原油田空气泡沫驱提高采收率技术[J]. 石油学报2009,30(3): 413～416