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注入站聚合物注入系统的研究

发表时间：2021/1/13

来源：《科学与技术》2020年第27期

作者：张路尧 李梦宇

[导读]

石油是一种应用非常广泛的的非可再生资源

1.张路尧,2.李梦宇.

1.大庆油田有限责任公司第五采油厂第三油矿,

.2.大庆油田有限责任公司第五采油厂试验大队 ,

4.黑龙江 大庆市 163000

摘要：石油是一种应用非常广泛的的非可再生资源，石油的探测与开采技术一直受到人们重视。随着经济与技术的发展，社会一直保持对石油的巨大的需求。在石油资源有限的情况下，提高石油采收率的研究就显得极其有意义。聚合物化学驱油技术作为一种行之有效的提高原油采收率的技术，已经在一些油田进行了实际的应用并取得了良好的效果。针对油田原油开采进入后期，原油开采越来越困难的情况，本文引入三采注聚的概念，在三采注聚中，控制好单井的注入量，是聚合物驱油成败的关键。为了提高聚合物的注入量，采用计算机控制系统对聚合物的注入实现自动监控，提高了聚合物的自动化水平，基本实现无人值守，PLC控制系统将会在三采注聚中有广阔的应用前景。本文主要介绍了在注聚站中通过西门子触摸屏（Smart700IEV3），西门子PLC（S7-200），英威腾变频器等设备来实现对聚合物注入的自动化，智能化。提高注入效率，提高注入质量，保证稳产。

关键词：自动化；变频器；PLC；触摸屏；注入量

在石油开采的历史进程中，开采方式经过了三次转变，分别称为一次采油、二次采油和三次采油。主要依靠油层自身压力进行开采的开采方式称为一次采油。一次采油方式由于自身的局限性，仅在石油油层压力较高的开采区域应用才能取得比较好的效果，在石油开采的早期一般使用一次采油方式，随着石油开采的进行，油层压力逐渐减小，开采方式需要过渡到二次采油或三次采油。人工向油层注入水或气，以保持油层压力提高采油采收率的开采方法称为二次采油。二次采油是目前世界上各油田主要的开采方式。随着二次采油的进行，油层的含水率会不断地增加，开采的效率会不断地降低，特别是到二次采油的后期，开采的效率远远不能满足经济效益的需要，此时需要进行三次采油以提高石油采收的效率。经过二次采油开采后，仍然较多的石油留在地层中。石油工作者经过长期的研究，用化学物质、热能、微生物等来改善油、气、水及岩石相互之间的性能，开采出更多的石油，这种开采方式称为三次采油。三次采油目前分为四大技术系列，包括化学驱、气驱、热力驱以及微生物驱。三次采油能有效的改变石油流体的性态，通常与二次采油方式同时应用，使采出原油的含油率大幅提升。三次采油属于高技术，高投资的开采方式，在油田开采的中后期，运用三次采油的开采方式往往能取得良好的开采效益。

1.聚合物注入站的工艺流程

设计注入站监控系统首先需要了解注入站的工艺流程。注入站的功能是将聚合物一母液与高压清水加压、配比之后注入到各注入井中。注聚方式分为单泵对单井注聚方式与单泵对多井注聚方式两种。具体来说，注入站工艺可分为如下几个部分：

1.1单泵对单井注聚加压过程

每个注入井对应一个注聚泵的注聚方式称为单泵对单井注聚方式。注聚泵以一定的流量向混合器注入聚合物母液。

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这种注聚加压的方式能够很精确的保证输出聚合物母液的流量，安全性好，当某个注聚泵出现故障时影响较小，但是会占用较多的空间，消耗更多的资源电能、维修费用等。

1.2单泵对多井注聚加压过程

多个注入井对应一个注聚泵的注入方式称为单泵对多井注聚方式。首先通过注聚泵为聚合物母液提供一定的注聚压力，然后通过分管线上的母液调节阀进行分流，以保证注入到注入井中的聚合物流量一定。这种注聚加压的方式稳定性和安全性相对于单泵对单井注聚方式较小，当某个注聚泵出现故障时影响较大，但是节省空间与资源。

1.3高压掺水过程

首先通过高压掺水泵为高压清水提供一定的掺水压力，然后通过分管线上的高压流量自控仪进行分流，以保证注入到注入井中的聚合物流量一定。

1.4聚合物与掺入水混合过程

在静态混合器中，聚合物母液与高压清水进行充分混合，然后远输注入到各注入井中。

2.设计思路

3.改进前的聚合物注入系统

现在的聚合物注入系统是从母液槽来液，通过注聚泵，把聚合物输送至母液流量计，静态混合器，最终到达注入井。对于流量的控制是通过人工控制变频器的频率，观察母液流量计是否达到注入要求。这种注入方法存在着几个弊端。第一，母液流量计本身就有4-20MA电流的端子，但是正常使用只是用了它的电源，其他端子都没有使用，这本身就是对材料的一种浪费。第二，人很难在所有时间都在关注着流量，而流量却时刻在发生着变化，比如注聚泵的设备故障，井口压力变化，都会影响着流量的变化，所以人却很难在第一时间发现，所以聚合物的注入变成了仪表总量的注入，即只要总量没有偏差，瞬时注入量可以发生些许的变化。

4.改进后的聚合物注入装置

改进后的聚合物注入系统，把触摸屏和PLC加入到了变频柜中。用触摸屏设置一个规定的聚合物瞬时注入量到PLC中，并采集母液流量计中的瞬时注入量，通过PLC的程序对两个量进行比较，结果为设定的输出量，通过自动控制变频器的频率来达到设置好的输出量。

在触摸屏上设计了聚合物瞬时流量的输入，取消，以及报警。改进后的聚合物注入系统，在设置流量的时候，比起之前的调节也是简单了不少。并且，PLC时刻都在采集聚合物母液流量计的瞬时流量，从而使得变频器的频率会随着流量的变化而变化，达到注入瞬时的稳定。当变频器的频率达到满频率50HZ，然后采集的流量计瞬时还没有达到设定的注入要求，则触发报警器，使值班人员前去检查设备。

5.总结

综上所述，在聚合物注入系统中加入PLC和触摸屏技术，可以使系统的技术层次得到一定的提升。首先，保证了注入时率的平稳性；其次，PLC输入输出点占用量减少；再次，变频器的运行频率可以进行较为灵活的变化；再次，系统具有更好的扩展性能；最后，触摸屏能为操作人员提供较为丰富的人机交互界面，使操作人员对系统的运行状态有更全面的认知。因此，PLC和触摸屏对于注聚站的聚合物注入应用中具有较高的实用性，适合在工程技术上进行推广。

参考文献：

[1]廖常初，陈晓东．西门子人机界面（触摸屏）组态与应用技术（第２版）北京：机械工业出版社，2008.

[2]廖常初．ＰＬＣ编程及应用（第３版）北京：机械工业出版社，２００８．

[3]李良鹏，杜铮，万勇.西门子SmartlineHMI和S7-200PLC在农业节水灌溉中的应用[J].湖北农机化，2011，（06）：35-37.

[4]吴家任，张桂香.基于PLC-触摸屏的电控柜检测系统设计[J].微计算机信息，2012，（02）：25-27.

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