单井高压注水泵闭环自动控制系统的设计和应用

管会宁，王洪雨，戴元青

(中国石油辽河油田欢喜岭采油厂，辽宁 盘锦 124114)

一、概况

随着油田开发的发展，地层注水越来越引起人们的重视，保证平稳高效注水已经成为保持稳产、高产的重要因素。单井安装增压泵的增压注水方式，可以有效提高注水量，达到提高低渗透油田注水波及效率和采收率的目的。而注水泵的平稳高效运行，是油田持续高产稳产的重要措施之一。如何提高注水泵的可靠性和充分发挥其效能成为研究的方向。

二、控制系统原理

高压注水井通常由变频控制柜、数据远程传送柜、驱动电机、注水泵、压力温度及流量检测显示系统和注水井工艺流程组成。变频控制柜由电源和变频器及测量保护电路组成，数据远程传送柜将现场采集到的数据通过自建局域网无线传输到小站数据终端，管理人员根据出口流量计显示的瞬时流量数据，调整变频器的频率以改变电机转速从而改变瞬时流量值。整套控制系统是一个开环式的控制，没有反馈环节。变频器PID闭环控制系统与流量计保护系统的结合就形成了优势互补，平稳运行与安全可靠的高效节能模式。单井注水泵闭环自动控制系统(见图1)硬件由流量计和流量计的压力变送器、信号隔离器、多功能数显仪表、时间继电器和中间继电器及变频器等组成。

图1 闭环自动控制原理图

三、闭环系统的功能

1.根据流量计瞬时值的变化自动改变变频器的运行频率，从而改变电机转速，达到稳定流量的作用。

2.保护启动(停泵)条件：流量低于设定值、来水压力低、停水、流量接近零、流量计被卡住、水井注不进水。

3.保留原系统远程数据传输的功能。

四、特点

1.实现自动化智能管理，满足生产要求，高效、节能、安全稳定。

2.引入变频器PID控制功能，实现了数据的采集、分析、比较和输出及保护，达到控制过程完全自动化的目的。

3.增加了模拟量控制保护，保护功能可靠性高，对于误动作自动延时分析判断。

4.报警准确，保护动作后流量计故障报警指示灯亮起，同时数字显示表显示当前的流量值。

5.结合远传功能实现两地监视控制，给维修和故障判断带来极大的方便。

6.在控制屏面上增加流量计显示仪表，使瞬时流量在控制屏上显示出来，便于调频控制的操作。

五、应用

单井注水泵闭环自动控制系统的应用非常广泛，适应性强，改造简便，目前单井注水泵现场流程和配电设施等硬件已基本能满足自动控制设计要求。系统调试灵活方便，可实现多方位、多层次、多样化智能控制，既可用于输油站外输泵的自动控制，还可应用于小的转油点实现自动打油。对于螺杆泵、柱塞泵都可利用生产现场的数据结合变频器和PLC等对设备进行优化，对于降低生产成本和管理人员的劳动强度起到积极的作用。在节能降耗方面同样有着巨大的潜力。