配水間數(shù)字化建設(shè)適應(yīng)性分析

潘旭（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

1 配水間現(xiàn)狀

注水水量的情況直接影響油井的產(chǎn)量，注水量應(yīng)根據(jù)地質(zhì)預(yù)測(cè)，盡量保持恒流量配水。某油田注水系統(tǒng)已建配水間87座，除第一作業(yè)區(qū)、第四作業(yè)區(qū)部分配水間外，均無遠(yuǎn)傳儀表及控制系統(tǒng)，工藝參數(shù)采集、設(shè)備控制等均需要人員到現(xiàn)場(chǎng)操作。配水間的數(shù)字化建設(shè)在《第二油礦地區(qū)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工程》、《全廠油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工程》中進(jìn)行建設(shè)，配水間建設(shè)情況統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 配水間建設(shè)情況統(tǒng)計(jì) 座

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，第二作業(yè)區(qū)16座配水間在二礦數(shù)字化中建設(shè)完成，第一作業(yè)區(qū)、第四作業(yè)區(qū)13座配水間，利舊現(xiàn)場(chǎng)已建一次表，RTU、通信建設(shè)及剩余58座配水間規(guī)劃在全廠數(shù)字化中建設(shè)。

2 配水間建設(shè)存在問題及原因分析

2.1 存在問題

目前配水間的調(diào)控方式采用人工調(diào)控，調(diào)控方式為每日白天間歇性調(diào)控，上午9：00、下午14：00錄入報(bào)表。當(dāng)配水間夜間運(yùn)行時(shí)，注水系統(tǒng)處于無人監(jiān)控的狀態(tài)。為了解配水間夜間運(yùn)行的實(shí)際情況，對(duì)該油田某配水間的13口注入井，開展了夜間注水運(yùn)行跟蹤記錄調(diào)查，配水間注水系統(tǒng)夜間運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

表2 配水間注水系統(tǒng)夜間運(yùn)行數(shù)據(jù)

從現(xiàn)場(chǎng)記錄的數(shù)據(jù)可以看出，該配水間在夜間運(yùn)行時(shí)注水量誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全天注水誤差，其中，夜間平均計(jì)劃注水量為133.02 m3/d，夜間平均實(shí)際注水量為163.12 m3/d，平均注水誤差為22.7%；根據(jù)注水井注水量考核要求，配水間單井注水誤差應(yīng)低于15%，在13口注水井中，有2口注水井的注水誤差低于要求的15%，剩余誤差在18.3%~141.4%。從現(xiàn)場(chǎng)記錄的數(shù)據(jù)可知，配水間內(nèi)13口注水井中不符合注水要求的注水井占總井?dāng)?shù)的84.6%。

2.2 原因分析

2.2.1 注水系統(tǒng)分析

該油田按注入水質(zhì)分為普通污水、深度污水和聚驅(qū)污水三套注水系統(tǒng)、四套管網(wǎng)，采取整體環(huán)狀局部支狀結(jié)構(gòu)，注水系統(tǒng)管網(wǎng)圖見圖1。因環(huán)狀管網(wǎng)，各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行壓力實(shí)時(shí)變化，同時(shí)，井底的情況錯(cuò)綜復(fù)雜，導(dǎo)致了井口的壓力有所變化，注入壓力與井口壓力差時(shí)刻變化，導(dǎo)致了單井的配注量不能達(dá)到恒流量配注[1-3]。

圖1 注水系統(tǒng)管網(wǎng)圖

2.2.2 人員分析

目前，該油田配水間的管間人數(shù)為82人，單間的用工人數(shù)為0.92人。調(diào)控方式為員工白天調(diào)控，夜間不設(shè)調(diào)控人員。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2021—2025年該油田共自然減員1 510人，該油田2021—2025年自然減員情況圖2。結(jié)合相關(guān)模式改革后，無法分出更多的人員去執(zhí)行配水間夜間調(diào)控，使得夜間注水誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全天注水誤差，僅有少部分的注水井滿足配注要求，這種情況主要是由于夜間配水間內(nèi)沒有員工進(jìn)行監(jiān)控操作。當(dāng)注水干線壓力波動(dòng)時(shí)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并調(diào)節(jié)，易造成注水量的波動(dòng)[4-5]。

圖2 該油田2021—2025年自然減員情況

3 配水間調(diào)控解決措施

3.1 數(shù)字化的建設(shè)模式

配水間數(shù)字化硬件構(gòu)成：注水智能一體化裝置、注水井遠(yuǎn)程采集終端裝置、注水井遠(yuǎn)程智能調(diào)控裝置、壓力變送器等裝置組成，具體安裝位置及功能詳見表3。

表3 設(shè)備安裝位置及功能

與現(xiàn)階段配水間數(shù)字化建設(shè)相比，數(shù)字化配水間改造增加了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。流量調(diào)控裝置主要由注水智能一體化裝置、注水井遠(yuǎn)程采集終端裝置、注水井智能調(diào)控裝置構(gòu)成（圖3~圖5）。注水智能一體化裝置安裝在配水間內(nèi)注水單井閥組上，注水智能一體化裝置根據(jù)設(shè)定的流量，在管線所能承受的合理壓力范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過比較設(shè)定值和流量計(jì)的瞬時(shí)，結(jié)合智能的閉環(huán)控制策略，自動(dòng)控制電動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)流量的精確調(diào)整。注水井?dāng)?shù)據(jù)通過注水井遠(yuǎn)程采集終端裝置（RTU）利用4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機(jī)平臺(tái)[6-7]。

圖3 注水智能一體化裝置功能拓?fù)鋱D

圖5 注水井智能調(diào)控裝置

按照集團(tuán)公司總體要求，“十四五”實(shí)現(xiàn)“數(shù)字中國(guó)石油”建設(shè)是提質(zhì)增效的重要途徑之一，需大力提升數(shù)字化對(duì)業(yè)務(wù)的支撐力度，填補(bǔ)自然減員的缺口，并滿足油田低成本運(yùn)行。

圖4 注水井遠(yuǎn)程采集終端裝置

3.2 數(shù)字化的建設(shè)效果

第四作業(yè)區(qū)共有配水間29座，停用配水間1座，2020年通過《配水間數(shù)字化改造工程》對(duì)第四作業(yè)區(qū)所轄的10座配水間進(jìn)行改造。主要涉及油田所轄區(qū)域3個(gè)基層班組，10座配水間，159口單井，配水間數(shù)字化建設(shè)情況見表4。

表4 配水間數(shù)字化建設(shè)情況

實(shí)施數(shù)字化后，對(duì)24#配水間重新進(jìn)行調(diào)研，24#配水間數(shù)字化建設(shè)前后配注情況見表5。

表5 24#配水間數(shù)字化建設(shè)前后配注情況

從現(xiàn)場(chǎng)記錄的數(shù)據(jù)可以看出，在數(shù)字化建設(shè)前，該配水間在夜間運(yùn)行時(shí)，平均注水誤差為32.3%；根據(jù)注水井注水量考核要求，配水間單井注水誤差應(yīng)低于15%，在17口注水井中，有8口注水井的注水誤差低于要求的15%，剩余誤差范圍在21.40%~135.79%。在數(shù)字化建設(shè)后，該配水間在夜間運(yùn)行時(shí)，平均注水誤差為12.39%（不包含3口關(guān)井）；根據(jù)注水井注水量考核要求，配水間單井注水誤差應(yīng)低于15%，在14口注水井中（3口關(guān)井），有12口注水井的注水誤差低于要求的15%，剩余誤差范圍在22.60%~44.00%。按照當(dāng)前的運(yùn)行情況，單井平均節(jié)水量14.46 m3/d，年節(jié)水5 279.7 m3，水價(jià)格為6.7元/m3，單井年節(jié)約費(fèi)用3.54萬元。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，配水間數(shù)字化效果明顯，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，可自動(dòng)調(diào)整配注量，實(shí)現(xiàn)恒流調(diào)控。根據(jù)試驗(yàn)情況，該油田配水間數(shù)字化建設(shè)仍有提升空間，在單井上增加電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)控[8]。預(yù)計(jì)增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)見表6。

表6 預(yù)計(jì)增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)

此次需要進(jìn)行數(shù)字化改造1 377口，每口單井增加投資2.3萬元，預(yù)計(jì)增加投資3 167.1萬元。經(jīng)調(diào)研，該油田共有配水間操作員工82人，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)控后，可減員67人，剩余15人進(jìn)行故障巡檢，年減少操作成本1 005萬元，年維修費(fèi)用按照總投資的2.5%進(jìn)行計(jì)算，投資回收期為3.41年，內(nèi)部收益率為26.49%。

3.3 數(shù)字化配水間可提升空間

目前，數(shù)字化配水間的數(shù)據(jù)控制及報(bào)警在上位機(jī)顯示平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)某一流量的變化超過設(shè)定值時(shí)，上位機(jī)報(bào)警顯示，提醒崗位員工上站巡檢，進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。該功能要求數(shù)據(jù)的連續(xù)性較高，數(shù)字化建設(shè)模式為4G+Zigbee無線傳輸模式，數(shù)據(jù)量越大，所需的帶寬更高，每年的運(yùn)行費(fèi)用增加[9-10]。

建議將現(xiàn)場(chǎng)分析控制功能上移，在現(xiàn)場(chǎng)RTU內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和比對(duì)，超過設(shè)定值輸出故障報(bào)警，將該儀表的故障信號(hào)傳輸回值班室。若無故障，按照生產(chǎn)要求，將9:00、14:00將現(xiàn)場(chǎng)的儀表的底數(shù)傳回，分析控制上移前后對(duì)比圖見圖6。

圖6 分析控制上移前后對(duì)比圖

4 結(jié)論

1）根據(jù)該油田人員現(xiàn)狀及未來員工自然遞減的情況，該油田數(shù)字化建設(shè)已經(jīng)刻不容緩。

2）配水間增加電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)符合油田數(shù)字化、智能化發(fā)展的要求，且可進(jìn)一步減少勞動(dòng)用工，減員效果良好。

3）數(shù)字化配水間數(shù)據(jù)分析、傳輸和平臺(tái)仍有提升的空間。

4）對(duì)24#配水間的17口注水井進(jìn)行重新調(diào)研，建設(shè)前后配水情況進(jìn)行對(duì)比分析。數(shù)字化建設(shè)后，夜間運(yùn)行時(shí)12口注水井的注水誤差低于15%的要求，平均單井節(jié)水量為14.46 m3/d。