注水井远程在线测控系统的推广与应用
1 概述
针对注水系统地面管网简优后取消了配注水间，注水井较为分散同时又无供电电源的情况下,要实现注水井远程控制和在线计量的要求。实验应用了注水井在线远程测控系统，该系统的优点在由于整个系统采用了微功耗的设计，使其整体控制以及远程传输系统能够依靠光伏供电，或将市电转变成安全电压(24V)供电的情况下,实现注水井远程控制、工况分析、流量自动调整，为油田注水开发以及实现数字化油田打下了坚实的基础。该系统在大港油田的推广应用，是国内首次大规模应用太阳能(24v)供电，实现注水井远程监控的成功案例。同时该技术的推广应用不仅为油田注水开发提供了强有力的支撑，而且具有安全，节能环保的特点，符合国家提出的低碳经济，节能减排的需要。
2 工作原理
图1 注水井在线远程测控系统控制流程示意图
用户通过网络远程设置注水井日配水量，相关信息通过GPRS网络发送到RTU，进行当前流量和设定值比对，利用PID算法自动调节阀门开度。同时将即时流量数据和累计流量数据以及各种压力数据，传送到RTU，利用CDMA\GPRS网络将数据回传到油田企业内部网，在水井服务器端自动生成相关报表并通过局域网在网页上发布。用户也可在井口流量控制装置输入配注水量，以同样的方式控制电动阀门实现流量控制。
图1 注水井在线远程测控系统控制流程示意图
3技术路线
通过远程设置和现场调控两种方式设置油井的配注量，流量测量仪测出管线流量，传达给控制器，控制器将测出的流量与配注量进行对比，如果没有达到配注量，控制器下达指令给流量调节机构，调整阀门开闭度，调整后控制器自动下达采集测量流量，再与配注量比较，一直循环下去，直至满足注水井的配注量。当然也可以根据需求修改注水井的配注量，自控仪也能完成配注要求。原理如图2所示。
图2 智能自控仪原理图
（1）采用15W的太阳能电池板两块和两节12Ah、24V的蓄电池为RTU、无线数据远传设备和流量监测控制仪提供动力电源；
（2）RTU采用WZ625C型微功耗测控主机，进行数据的处理、存储、转发。并对流量监测控制仪的供电电源进行监测，当低于23.5V时关闭流量监测控制仪的执行机构，停止阀门开度的调节，以避免蓄电池因过度放电而损坏；
（3）压力变送器采用WLP0601A型微功耗无线压力变送器，简化井口布线，降低施工和日常维护管理难度；
（4）流量监测控制设备采用分体式流量监测控制仪。
4 主要技术成果及特点
4.1主要技术成果
平稳注水、定量注水和准确注水的关键是解决注水井的智能调控，本智能调控仪把流量计、调节阀、控制器、智能无线通讯接口有机地集于一体，按照不同的控制要求（控制精度和响应时间），通过连续调节或间隔调节两种方式进行流量智能控制。采用无线注水井工况智能远程监测装置对注水井进行集中控制和自动管理的专用数据采集器，其数据传输方式为先进可靠的无线数据传输,可实现:
（1）就地和远程实时反映注水井工作状况
（2）根据配注要求自动调节水量，明显提高了注水井的执配能力
（3）实现水量和压力的超限报警，及时反映注水井出现的问题。
4.2技术特点
（1）采用双闭环工作方式，提高了调节的实时性和可靠性
采用双闭环方式是进行注水井流量调节的主导思想。大闭环是整个系统作为一个闭环控制，实现了日配注量和调节精度等参数的调节；小闭环指流量计和调节阀之间构成的闭环回路。这种调节方式，有效降低了数据传输量，增大了调节的实时性和可靠性。
（2）采用光伏供电，即解决供电问题，又安全经济
现场数据的在线采集与远程传送已是应用比较广泛的技术。另外，在此之前虽然国内也有在注水井上应用水量自动控制装置进行水量控制的先例，但由于当时的自动调制装置整体功耗较大，只能应用220V电源集中供电，实现水量的控制。存在不安全，受供电电源限制，且耗电量大的缺点。
在于整个系统采用了微功耗设计（测控主机、压力传感器、流量智能控制阀），为采用太阳能24V安全电压供电提供了可能，具有安全、环保、经济、实用的特点。
（3）系统实现无线远程控制，提高工作效率
系统采用无线远传，可在室内进行远端数据监测和控制，降低了劳动强度，提高了工作效率。该系统不仅局限于数据的采集和传输，更实现了在安全电压下进行水量远程智能控制上的突破。
（4）进行系统优化，延长供电时间
笼统井或地下分注井中，光伏供电系统方案要求供电时间为103小时，分注井中，光伏供电系统供电时间为96小时。而在实际应用过程中通过对RTU系统和智能流量控制器功率的进一步优化，降低了功耗，有效了保证了光伏供电的工作效率。2009年3月2日，对西51-4-1（地面分注井，配注为20/35）进行了光伏供电系统供电持久性试验。试验过程中，断开了太阳能充电功能（完全无光照情况下），持续运行时间为110小时，超过了方案设计要求的指标，确保了该系统平稳。
（5）采用主机拖带技术，降低投资成本
系统采用“主机拖带”技术，两口相邻注水井可共用一个太阳能RTU和供电系统，降低了投资成本，减少井口设备数量，井场得到简化。
（6）应用注水井工况分析软件系统，实现注水信息化管理
工况分析服务器将现场监控终端采集的数据进行工况分析、超限报警、注水量计算、报表、曲线、图示等数据统计。Web发布系统根据系统设定的权限和管理范围，对管理的水井进行定制查询和统计、展示水井的相关曲线和报表、报警信息的查询等。为管理人员提供有力的基础资料，为快速准确作出决策提供了有力的技术支持,用户能及时了解水井工作状况，实现油田注水信息化管理。
图3 注水井在线远程测控系统的软件展示界面
5、结论
注水井在线远程测控系统自2008年开始现场试验，到目前已经有两年多的时间，300多口注水井应用了该系统，运行平稳，实现了注水井地面控制工艺的飞跃，彻底摆脱了原来依靠人工查看和调节水量的时代。
（1）提高了操作工人的安全保障，降低了采油工人的劳动强度，有利于提高工作效率。由于注水井分布广、路程远、高压环境，耗费大量的人力物力财力，并且安全也得不到保障。注水井远程智能调控系统通过指令调控瞬间完成对注水井的日常操作。
（2）实现水井正常运行期间进行远程数据的自动录取、实时分析,在无人值守情况下能及时掌握水井的动态变化。
（3）实现网络化，将油水井的日常生产纳入油田网络进行管理。提高油田数字化管理水平，方便实时监控、管理油水井的生产。
该系统已在大港油田注水井上进行了推广应用，且从应用的情况来看，该技术比较成熟，管理、维护方便，获得了成功。因此，可以在全国油田范围内进行推广应用，即实现整个油田数字化管理，又能实现节能减排的目标。