一种注水井自动配注系统

王清伟

摘 要：随着油田的开发，油井产量随地层能量的降低而逐渐减少。为了确保油田高产、稳产，常采用一些措施补充地层能量，其中，注水是重要的解决措施之一。因此，设计了一种注水井自动配注系统，能实现流量的自动调节，确保注水量的准确性。此外，该系统能采集井口的压力和流量数据并形成报表，以方便后期的注水效果分析。

关键词：油田；注水井；自动配注系统；地层能量

中图分类号：TE341 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.105

油田注水操作要根据测井数据、单井产量和地层参数等数据进行科学计划和调度。注水井的注入流量要不断根据调度要求调节。传统人工调节流量的方式不仅耗时费力，且易造成数据不准确或出现人为差错，尤其是在部分油田无人看管的注水井中常发生这些问题。因注水压力波动，注水流量会随之产生很大的波动，甚至出现严重失控的现象，造成注水效果低下，严重影响了采收率。

本文设计了一种注水井自动配注系统，能实现流量的自动调节，确保注水量的准确性。

1 系统的功能和组成

本文设计的注水井自动配注系统主要由显控台、智能流量测控仪和压力变送器等部分组成，如图1所示。每口注水井的管路中安装有1台智能流量测控仪和1台压力变送器，显控台安装在计量站值班室内。显控台与智能流量测控仪、压力变送器之间通过RS485总线相连。显控台可同时显示16口注水井的流量和压力数据，当流量和压力值超出预定范围时会自动报警，并通过下发指令和设定流量值调节智能流量测控仪的阀门开度，以控制注水井的配注量。

图1 系统组成

1.1 智能流量测控仪

智能流量测控仪主要由流量变换器、压力传感器、流量阀、智能执行器和智能仪表头等部分组成。其流量调控部分如图2所示。

图2 智能流量测控仪的流量测量和控制部分

流量测量采用电磁涡街原理，注入注水井的水会先进入流量变换器内，经测量后再通过流量阀。流量变换器是电磁涡街式流量计的一次表部分，它将水通过特定流道的体积流量转换为电信号，并经整形和放大处理由信号线直接送入仪表头；仪表头电路

上的单片机能运算、储存数据，并由液晶显示屏显示各种测量数值，比如瞬时流量、总累积流量和日累积流量等；流量阀连接在流量变换器的下游，流量阀主要由一对动、静阀片组成，动、静阀片的相对角决定着流道的大小，进而决定着流量的大小。

智能执行器的主轴带动阀杆、动阀片一起转动，通过调整动静阀片之间的相对角可调节流量，当用户在智能执行器的流量设置按键“+”“-”或通过RS485通讯命令设定了某一个流量值q（m3/h）后，仪表头的电路会周期性地将所测量到的瞬时流量值与该设定流量值比较。如果当前瞬时流量大于设定值并超规定范围，则仪表头会发出指令，启动智能执行器上的电机并使流量阀关小；如果当前瞬时流量小于设定值并超出规定范围，则仪表头会发出开大流量阀的指令，直至瞬时流量接近或等于设定数值为止。流量的比较和流量阀的调整周期为15 s。为了避免流量频繁波动，不进行流量调整的死区范围为0.1 m3/h。

除流量控制和显示功能外，仪表头还具有RS485通讯功能，可依据特定的通讯协议响应RS485总线上的数据上传命令，并将数据上传至总线。流量变送器和仪表头均为可拆卸式，便于后期对流量计量进行周期检定。压力变送器为具有RS485总线通讯功能的压力变送器。

1.2 显控台

显控台由触摸屏显示器、嵌入式工控机、串口服务器和机柜四部分组成。显控台内置流量测控系统软件，压力仪表中的数据显示于触摸屏，同时，通过软件可设定智能流量测控仪的瞬时流量值。软件具备流量、压力监控报警和传输监控功能，当流量和压力数据超出设定范围时，将以图形的方式报警提示。当智能流量测控仪出现传输故障时，会自动报警提示。

1.2.1 串口服务器

为了保证在断电情况下流量计仍能正常工作、流量的计量和累积能正常进行，流量计采用了电池供电的方式。采用电池供电的流量计的响应速度慢，无法保证及时响应数据上传命令。其在收到RS485总线的数据上传命令后，需要约2 s的响应才开始上传数据。如果所有的流量计并接在同一根RS485总线上，16台流量计完成一次数据传输至少会延时32 s，无法满足系统对数据显示的实时性要求。因此，在系统显控台中引入了串口服务器。串口服务器可以将RS-232/485串口接口转换成网络接口，实现串口数据与网络接口数据的双向透明传输，且可并行连接多个串口设备，将现有的多个串口的数据转化成网络端口的数据。本系统采用的串口服务器为MOXA公司的NPort系列串口服务器，具有多种操作模式，数据的传输和处理可通过其提供的函数库操作，从而大大简化了数据传输软件的开发过程。

1.2.2 显控台软件

显控台软件使用Visual C++开发。显控台软件可显示16路流量、压力数据和流量报警数据和压力报警数据，具备流量和压力报警参数设置、报表输出等功能。

1.2.2.1 模拟键盘输入

显控台无鼠标和键盘，其输入依靠软件中的按钮进行，如图3所示。

图3 软件输入界面

通过按下相应的按钮，在按钮的ButttonClicked事件响应函数中调用API函数keybd_event来模拟键盘输入。该API函数的定义如下：

VOID keybd_event（

BYTE bVk， //按键的虚拟键值，如果回车键为vk_return，则tab键为vk_tab

BYTE bScan， //扫描码，一般不用设置，用0代替

DWORD dwFlags， //选项标志，如果为keydown，则设置0即可，如果为keyup，则设置

//"KEYEVENTF_KEYUP"；

DWORD dwExtraInfo //一般设置为0

）；

1.2.2.2 报表功能

本系统采用Excel的automation技术成功实现了Excel报表的自动生成，报表模板如图4所示。

图4 数据报表模板

2 结束语

目前，该注水井自动配置系统已安装在中原油田采油五厂中的2个计量站，系统运行良好，客户给予了高度评价。

参考文献

[1]肖宏伟.专家门诊——Visual C++开发答疑300问[M].北京：人民邮电出版社，2003.

〔编辑：张思楠〕

One Kind of the Automatic Injection System for Injection Well

Wang Qingwei

Abstract： With the development of oil field， the production of oil well is reduced gradually with the decrease of the energy of the layer. In order to ensure that the oil field is high and stable， some measures are often used to supplement the formation energy， which is one of the important measures to solve the oil field. Therefore， a kind of automatic injection system of injection well is designed， which can realize the automatic adjustment of flow rate， and ensure the accuracy of water injection. In addition， the system can collect the pressure and flow data from the wellhead and form a report， in order to facilitate the analysis of the effect of the latter.

Key words： oil field； water injection well； automatic injection system； formation energy