移動(dòng)式二氧化碳注入控制系統(tǒng)

移動(dòng)式二氧化碳注入控制系統(tǒng)王海峰;汪超;吳澤;劉志軍;李金珠;宋彬淳5建【摘要】Inordertosolveproblemsofthecarbondioxideinjectionconstructionequipment,suchastime-consumingandenergy-wastingassembly,riskymanualoperationandinaccuratedatarecording,themobilecarbondioxideinjectioncontrolsystemisdesignedbyusingtheprincipleofindustrialcon-figurationplatform.Thesystemhasmanyadvantagessuchashighintegration,highsecurity,highde-greeofautomation,highdataauthenticity,andremoteoperation.Ithascompletedthecarbondiox-ideinjectiontaskof22wells,withatotalliquidcarbondioxideinjectionof5392tons,runningfor1797hoursandachievingefficient,safeandaccurateinjectionofcarbondioxide.Withtheimprove-mentoftherequirementforinjectionprocess,theintelligentoperationandflexibilityofthesystemneedtobefurtherimproved.%^T解決二氧化碳注入施工設(shè)備組裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力、人工操作風(fēng)險(xiǎn)大和數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確等問題，利用工業(yè)組態(tài)平臺(tái)原理設(shè)計(jì)了移動(dòng)式二氧化碳注入控制系統(tǒng)，其具有集成度高、安全性高、自動(dòng)化程度高、數(shù)據(jù)真實(shí)性強(qiáng)，及可遠(yuǎn)程操作等諸多優(yōu)點(diǎn).該系統(tǒng)已完成22口油井的二氧化碳注入任務(wù),累計(jì)注入液態(tài)二氧化碳5392心運(yùn)行1797h,實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的高效、安全、精確的注入.隨著對(duì)注入工藝要求的提高，系統(tǒng)在操作智能化和設(shè)備靈活性兩方面還需進(jìn)一步改進(jìn).【期刊名稱】《油氣田地面工程》【年(卷)，期】2018(037)001【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P33-35,38)【關(guān)鍵詞】二氧化碳注入；移動(dòng)設(shè)備;控制系統(tǒng);現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用【作者】王海峰;汪超;吳澤;劉志軍;李金珠;宋彬;郭建【作者單位】西安向陽(yáng)航天材料股份有限公司;大慶航天三沃新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司;西安向陽(yáng)航天材料股份有限公司;西安向陽(yáng)航天材料股份有限公司;西安向陽(yáng)航天材料股份有限公司;西安向陽(yáng)航天材料股份有限公司;西安向陽(yáng)航天材料股份有限公司;大慶航天三沃新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司;西安向陽(yáng)航天材料股份有限公司【正文語種】中文目前采用的二氧化碳(CO2)注入工藝主要有移動(dòng)注氣和站內(nèi)注氣兩種方式［1-4］，大多采用純機(jī)械式設(shè)備。注入泵、喂液泵、流量計(jì)、單流閥、變頻器、高壓球閥等配套施工設(shè)備分散，需現(xiàn)場(chǎng)組裝，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，管理起來也比較麻煩；數(shù)據(jù)采集及設(shè)備控制都由人工完成，尤其在高壓區(qū)操作存在很大的危險(xiǎn)性；另外，人工記錄數(shù)據(jù)還存在記錄不及時(shí)、漏記、錯(cuò)記的現(xiàn)象［5-6］。1系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合CO2注入流程，利用工業(yè)組態(tài)平臺(tái)原理設(shè)計(jì)研發(fā)移動(dòng)式CO2注入控制系統(tǒng)，并獲得了實(shí)用新型專利。1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將液態(tài)CO2注入設(shè)備和流程集成，參照前人［7-11］設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將本套裝置設(shè)計(jì)為橇裝式注入系統(tǒng)，裝置四個(gè)頂角和基座設(shè)置有隱蔽式吊裝點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)由設(shè)備間、電氣間、操控間和電控間組成。設(shè)備間內(nèi)設(shè)有注入泵及油箱加熱板、喂液泵、高低壓閥門、單流閥、計(jì)量檢測(cè)儀表、工藝管道、排風(fēng)扇、照明防爆燈等設(shè)備設(shè)施；電氣間內(nèi)設(shè)配電控制單元、變頻器、電力儀表、排風(fēng)扇、照明燈等設(shè)備設(shè)施；操作間為整套系統(tǒng)的控制中心，主要有操作平臺(tái)、工控機(jī)（數(shù)據(jù)分析控制單元）及顯示器、設(shè)備及閥門的操作按鈕、計(jì)量檢測(cè)儀表等設(shè)備設(shè)施；電控間主要由弱電分配單元、工業(yè)信號(hào)轉(zhuǎn)以太網(wǎng)信號(hào)模塊、單片機(jī)控制單元及照明通風(fēng)設(shè)施構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。液態(tài)CO2從罐車液相管線經(jīng)低壓電動(dòng)球閥F1至喂液泵R1，經(jīng)喂液泵增壓后流過單流閥F3、低壓電動(dòng)球閥F4和流量計(jì)L1，進(jìn)入注入泵R2，喂液泵冷循環(huán)的CO2經(jīng)過氣相管線流經(jīng)低壓電動(dòng)球閥F2回到罐車內(nèi)。注入泵加壓后排出的CO2流經(jīng)單向閥F8、高壓電動(dòng)球閥F9，注入至井口，完成CO2注入過程。由于喂液泵不具有變頻調(diào)速功能，特加裝了調(diào)節(jié)閥F5，以此對(duì)喂液泵的排量進(jìn)行循環(huán)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)喂液泵與注入泵排量相適應(yīng)。高壓電動(dòng)球閥F10為注入管線放空閥，高壓電動(dòng)球閥F11、F12、F13為注入泵R2三個(gè)泵室放空閥，電磁閥F6為低壓管線放空閥。壓力表P1、P2、P3、P4分別監(jiān)測(cè)罐車、喂液泵出口、注入泵入口和井口的壓力。CO2探測(cè)儀C1監(jiān)測(cè)設(shè)備間內(nèi)CO2濃度。溫度監(jiān)測(cè)儀T1、T2和T3分別監(jiān)測(cè)注入泵潤(rùn)滑油、注入泵泵頭內(nèi)液態(tài)CO2和設(shè)備間內(nèi)的溫度°JR為注入泵潤(rùn)滑油箱加熱器，保證潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能不受低溫影響；ZM為設(shè)備間照明燈。BJ為系統(tǒng)故障報(bào)警器，當(dāng)設(shè)備間內(nèi)CO2超標(biāo)、系統(tǒng)超壓、潤(rùn)滑油溫度低于或高于設(shè)定值后報(bào)警啟動(dòng)。圖1二氧化碳注入控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.2電氣設(shè)計(jì)配電控制單元給低壓、高壓電動(dòng)球閥，喂液泵、注入泵、數(shù)據(jù)分析控制單元和信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊供電。系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集壓力傳感器、溫度傳感器、流量計(jì)和CO2探測(cè)儀的4~20mA工業(yè)信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊變?yōu)橐蕴W(wǎng)信號(hào)后傳送至數(shù)據(jù)分析控制單元，系統(tǒng)經(jīng)分析處理后，根據(jù)設(shè)定閥值向電動(dòng)球閥發(fā)送4~20mAT業(yè)信號(hào)，觸發(fā)相關(guān)電動(dòng)球閥開閉，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程操作。系統(tǒng)電氣控制示意圖如圖2所示。圖2電氣控制示意圖2系統(tǒng)性能2.1技術(shù)指標(biāo)輸出流量控制：1.5.~5.2m3/h;裝機(jī)容量：90kVA，運(yùn)行功率：70kW;H作電壓：380V(±20%V);夕卜形尺寸：5000mmx2200mmx2200mm;質(zhì)量:3200kg;設(shè)備出口壓力：最大出口壓力35MPa,DN40管道NPT螺紋連接；設(shè)備入口壓力：1.4~2.5MPa,DN50管道管螺紋連接；工藝管道：管道、法蘭材質(zhì)及閥體材質(zhì)全部為304不銹鋼。2.2系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)(1)集成度高。系統(tǒng)為橇裝式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可一次性搬遷至目的井場(chǎng)，流程連接方便快捷，既適用于站內(nèi)注入施工，也適用于移動(dòng)注入施工。自動(dòng)化程度高。可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，整個(gè)設(shè)備的流程動(dòng)態(tài)可在工控機(jī)顯示器動(dòng)態(tài)顯示，操控間配有壓力、流速、溫度等本地顯示儀表，并設(shè)有注入泵、喂液泵、高低壓閥門的操作按鈕，可實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)運(yùn)行情況，并進(jìn)行控制。安全性高。人員不必在高壓管線上開關(guān)閥門、操作設(shè)備啟停，通過操控間內(nèi)控制按鈕或軟件系統(tǒng)即可操作，安全性大大提高。真實(shí)性強(qiáng)。所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)以報(bào)表、曲線及電子流程圖的形式展現(xiàn)出來，數(shù)據(jù)記錄周期可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，避免數(shù)據(jù)記錄不及時(shí)、漏記、錯(cuò)記的現(xiàn)象。遠(yuǎn)程操作。利用集線器組成局域網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查看及控制。3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用2015年至2016年，該套系統(tǒng)已在榆樹林油田、采油七廠、采油十廠等多個(gè)油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，共完成22口油井CO2注入任務(wù)，累計(jì)注入液態(tài)CO25392「平均單井注氣245t,運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)達(dá)1797h,系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。圖3為某油井CO2吞吐注入施工設(shè)備應(yīng)用實(shí)景，操作人員在操控間內(nèi)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，遠(yuǎn)離了高壓區(qū)域，安全性較高；圖4為遠(yuǎn)程操控界面，通過設(shè)備或閥門下方的軟件按鈕就可以完成系統(tǒng)控制；圖5和圖6分別為井口壓力曲線和流率曲線，施工數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在系統(tǒng)中，并以圖表形式呈現(xiàn)在操作界面上，實(shí)現(xiàn)了注入?yún)?shù)真實(shí)記錄。圖3設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖4遠(yuǎn)程操控界面圖5井口壓力曲線圖6井口流率曲線4改進(jìn)設(shè)想隨著CO2采油技術(shù)研究的深入和完善，油田單位對(duì)于CO2注入施工設(shè)備的需求將越來越大，對(duì)于設(shè)備的性能要求也將越來越高。對(duì)于該系統(tǒng)在先進(jìn)性和靈活性兩方面有如下改進(jìn)設(shè)想：（1） 將操作系統(tǒng)升級(jí)為觸摸屏操作，并與Android移動(dòng)終端設(shè)備相結(jié)合，研發(fā)基于Android移動(dòng)終端的智能CO2移動(dòng)操作系統(tǒng)，利用智能手機(jī)即可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端控制和施工數(shù)據(jù)查看。（2） 將該系統(tǒng)設(shè)備與特種車輛相融合，將操控間裝置安裝在駕駛室內(nèi)，電氣間、電控間和設(shè)備間集成到駕駛室后方的底盤上，施工電纜、管件及器具隨車攜帶，以此提高注氣施工的靈活性。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】徐銀祥，彭一憲，邵煥彬.腰英臺(tái)油田二氧化碳驅(qū)油地面注入工藝技術(shù)[J].油氣藏評(píng)價(jià)與開發(fā),2012,2（4）:41-43.王維波，黃春霞，江紹靜，等.CO2驅(qū)油與封存的地面注入工藝技術(shù)[J].石油工程建設(shè)，2015,41(2):40-42.曹志江.YSL油田二氧化碳驅(qū)地面工藝研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2016.秦際東.CO2驅(qū)油試驗(yàn)地面工程建設(shè)技術(shù)完善[J].化學(xué)工程與裝備，2016,41(10):103-105.閆立.工況條件下CO2注入流場(chǎng)、流態(tài)對(duì)工具設(shè)計(jì)的影響分析[D].大慶：東北石油大學(xué)，2016.閆鵬，文賢利，鞏家芹.二氧化碳泡沫壓裂的分析與研究[J].新疆石油科技，2013,23(4):21-23.王玉晶，林海波，陳海巖，等.二氧化碳驅(qū)油地面工程技術(shù)研究[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2008,19(2):30-31.邱是.低滲透油田注二氧化碳地面工藝技術(shù)