【文章內(nèi)容簡介】 快速拆卸接口，極大的方便了修井作業(yè)前后的設(shè)備的拆卸和恢復(fù)。 RTU 與智能流量控制器之間的線纜采用特殊處理，采用鍍鋅管，深埋（ 米），并做了防水處理。克服了有線設(shè)備線纜易進(jìn)水、折斷，修井作業(yè)后系統(tǒng)恢復(fù)困難等不足，經(jīng)過這項改進(jìn)，沒有發(fā)生因作業(yè)造成線路進(jìn)水和拆斷的情況。 （ 5）低功耗無線壓力變送器和流量控制裝置均安裝了防盜外殼，這不僅在一定程度上降低設(shè)備被盜 可能性，同時也由于設(shè)備不外露，提高了設(shè)備的使用壽命以及增強(qiáng)了現(xiàn)場操作人員的安全性。 如圖 451 和圖 452 所示。 （ 6）采用光伏供電，即解決供電問題又節(jié)能、環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)。 （ 7）系統(tǒng)選用低扭矩磨輪式閥門，降低電機(jī)負(fù)荷，兼具主機(jī)拖帶技術(shù)，降低投資成本，使一套光伏供電系統(tǒng)能同時驅(qū)動兩臺流量控制，有利于地面分注井實施。 （ 8）該系統(tǒng)內(nèi)嵌多家知名企業(yè)生產(chǎn)的流量計通信協(xié)議，可幫助油田利用原有流量計，進(jìn)行一體化改造設(shè)計，從而進(jìn)一步降低了油田優(yōu)化簡化的成本。 （ 9）采用雙閉環(huán)方式進(jìn)行注水井流量調(diào)節(jié)的設(shè)計思路，可有 效提高調(diào)節(jié)的實時性和可靠性。 17 圖 451流量控制裝置防護(hù)設(shè)備 圖 452無線壓力變送器防護(hù)裝置 5. 研究方法和工藝技術(shù)路線 工作原理 如圖 511 所示為注水井遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)信息框圖。在該系統(tǒng)中，用戶通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程設(shè)置注水井日配注水量，相關(guān)信息通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到 RTU 進(jìn)行鑒別和處理，合法的數(shù)據(jù)將會由RTU 發(fā)送到 智能流量控制器 ， 智能流量控制器 將利用 PID 算法自動閉環(huán)調(diào)節(jié)閥門開度， 同時將即時流量數(shù)據(jù)和累計流量數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到 RTU； 無線壓力變送器完成各種壓力的測量并 即時傳輸?shù)?RTU， RTU 將采集到的流量、壓力等數(shù)據(jù)利用GPRS 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)回傳到油田企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，在油水井服務(wù)器端自動生成相關(guān)報表并通過局域網(wǎng)在網(wǎng)頁上發(fā)布。 18 圖 511 注水井流量遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)信息流程示意圖 技術(shù)路線 本地流量檢測和閥門控制 本地流量計采用的是流量積算儀，閥門控制采用的是磨輪結(jié)構(gòu)電動閥門。流量計和閥門的供電采用本地測控主機(jī)（簡稱“ RTU”，下同） 供電 的太陽能蓄電池控制，供電線路和 RS485通信線路都通過深埋線路設(shè)計，可以大大降低水井維護(hù)導(dǎo)致線路斷裂。 流量計 按照 設(shè)定的采集間隔 與 RTU 進(jìn)行通信，并將當(dāng)前流量值發(fā)送到 RTU， RTU 收到流量即發(fā)送的收據(jù)后，轉(zhuǎn)發(fā)到后臺。同時后臺發(fā)送一個設(shè)定的流量值到 RTU， RTU 收到后臺發(fā)送的數(shù)據(jù)后，將之與存儲的流量值進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果相同，則不下發(fā)流量 設(shè)定值 ，如果不同，則發(fā)送收到的流量 設(shè)定值 。 智能流量控制器 收到新的流量 設(shè)定值 值后，將重新啟動閥門 自主調(diào)節(jié)開度 ，以使流量滿足用戶設(shè)定的要求。 19 、本地油壓、套壓、干線壓力檢測和傳輸 本地油壓、套壓和干線壓力檢測采用的是微功耗無線壓力便搜購年期，其主控芯片為 MSP430 單片機(jī) ，變送器 在每個采集周期通過 短距離無線傳輸方式 向 RTU 發(fā)送壓力 數(shù)據(jù)。 、本地 RTU 該產(chǎn)品適用于 DC736V，用來接收并執(zhí)行控制中心控制指令；管理控制壓力變送器、流量 計等外圍設(shè)備完成壓力、流量以及人員入侵、壓力超限、流量超限、流速異常等報警信息 的采集、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)。 、后臺處理 現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)經(jīng)由信息中心接收進(jìn)入局域網(wǎng)后，由 自動計量系統(tǒng)進(jìn)行處理。壓力、流量數(shù)據(jù)以統(tǒng)一格式存入油田公司自動計量數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。后臺數(shù)據(jù)庫采用 SQL，前臺采用 WEB 瀏覽器顯示。 實施方案 考慮到如下幾方面因素以 及油田注水井的現(xiàn)狀和設(shè)備的兼容性，我們設(shè)計了光伏供電方案。 （ 1）安全因素：井口流量控制裝置采用直流 24V 的安全電壓供電。 （ 2）可維護(hù)性：售后服務(wù)最優(yōu)化，維修成本最小化。 （ 3）兼容互換性：無論何種井別， RTU 及主要設(shè)備都應(yīng)具有通用性。 （ 4）投資最小化：有效利用原有設(shè)備及成熟技術(shù)，盡可能減少重復(fù)投資。 光伏供電方案 20 圖 531 光伏供電流量遠(yuǎn)程控制流程圖 光伏供電方案信息處理框圖如 圖 531，該方案具有如下特點(diǎn)： （ 1）采用兩塊 15W 的太陽能電池板和兩節(jié) 12Ah、 12V 的蓄電池為 RTU、無線數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳設(shè)備和流量控制裝置提供動力電源。 （ 2） RTU 采用我公司 微功耗測控主機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)；并對光伏供電系統(tǒng)電池電壓進(jìn)行監(jiān)測，合理使用電源，以避免蓄電池因過度放電而損壞。 （ 3）壓力變送器采用我公司自主研發(fā)、生產(chǎn)的 WLP0601A型微功耗無線壓力變送器，取消了井口布線，降低施工和日常維護(hù)管理難度。 （ 4）流量控制裝置采用的是我公司與相關(guān)廠家聯(lián)合研制的微功耗流量控制裝置。 計劃達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 工作壓力： 16MPA ，壓力范圍： 0～ 25MPa； 流量控制精度 ：177。 5% （日配注量小于 dm350 為 dm3%5? ，日配注大于 dm350 為 dm3%10? ） ， 流量范圍： hmhm 33 ? ； 工作壓差 13MPA； 采用太陽能供電方式，供電電壓為 DC24V； 21 采用“微功耗”理念，充分降低設(shè)備功耗， 無采光情況下蓄電池連續(xù)工作時間： 96 小時 ；同時 具備一個 RTU 托帶兩個智能流量控制器的功能 ； 干壓波動，自 動調(diào)節(jié)，確保注水平穩(wěn) ； 智能流量控制器 選配低扭矩磨輪式調(diào)節(jié)閥、 使用 DC24V直流安全電源，同時具有手動、自動雙控制流量功能 ； 通訊方式： RS48無線遠(yuǎn)傳 ； 通訊協(xié)議： Modbus RTU； 井口流量計的底數(shù)與網(wǎng)上的展示數(shù)據(jù)一致 ； 1 充分利用原來流量計 ； 1具備無線遠(yuǎn)程自動調(diào)水功能 ； 日配注可遠(yuǎn)程設(shè)定、控制； 具備資料錄取及測試要求 ； 1具備人機(jī)界面顯示注水井壓力，日配注，瞬時流量，累計流量等數(shù)據(jù) ， 能夠?qū)崟r在線計量、傳輸、展示水量、壓力等； 1具備壓力超限、流量超限、流速異常、閥門堵轉(zhuǎn)等相關(guān)報警功能 ； 可行性分析 技術(shù)支撐 天津市萬眾科技發(fā)展有限公司具有在低功耗測控主機(jī)、 微功耗無線 壓力變送器、 微功耗無線溫度變送器、 無線遠(yuǎn)傳、后臺數(shù)據(jù)接收和處理、前臺數(shù)據(jù)展示等方面取得了多項研究成果和專利技術(shù)。目前，公司獨(dú)立研發(fā)、生產(chǎn)的“ 全無線 變送器油井生產(chǎn)參數(shù)遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)”已在油田廣泛應(yīng)用，為油田地面系統(tǒng)的簡化優(yōu)化提供了技術(shù)保障。天津市萬眾科技發(fā)展有限公司 22 具有一批可持續(xù)發(fā)展的研發(fā)力量和現(xiàn)場技術(shù)支持、維護(hù)隊伍，具備較強(qiáng)的工業(yè)自動化項目的研發(fā)和生產(chǎn)能力。在注水井遠(yuǎn)程流量控制系統(tǒng)研究過程中，我們聯(lián)合 流量計儀表公司（如浙江富馬、蒼南天信等流量計儀表公司）， 共同進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)改造，同時天津市萬眾科技發(fā)展有限公司在不斷用一流的技術(shù)，做一流的產(chǎn)品，培養(yǎng)一流的人才，成就一流的企業(yè)。 各部件獨(dú)特的設(shè)計，保證了系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定 。 本地設(shè)備： ? 微功耗 測控主機(jī) （ RTU） 微功耗測控主機(jī)是我公司自主 研發(fā)、生產(chǎn) 制造 的 ， 適用于不同供電方式的油水井。在注水井流量遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，測控主機(jī)管理 微功耗無線 壓力變送器和 智能 流量控制裝置完成壓力 、流量和流速的采集、存儲、顯示、轉(zhuǎn)發(fā)及遠(yuǎn)程 注 水量 的 調(diào)控。具有本地顯示壓力、流量、流速 等相關(guān)數(shù)據(jù)功能； 同時具有系統(tǒng)的工作電壓、電池電量、充電控制、開關(guān)機(jī)狀態(tài)判別、壓力超限 、流量超限、流速異常、閥門堵轉(zhuǎn)等相關(guān) 報警功能。其技術(shù)指標(biāo)如下： 圖 5521 微功耗測控主機(jī)（ RTU） 23 （ 1） 工作電壓和功耗： 12V 直流，靜態(tài)功耗 600mW，通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時，瞬態(tài)不超過 24W。 （ 2） 485 有線通訊地址范圍： 0～ 255。 （ 3） 通信距離：井口微功率無線通信距離 0150m， GPRS無線 通信無限制。 （ 4） 適用環(huán)境溫度： 30℃～ 80℃。 （ 5） 適用相對濕度： 10%～ 90%，不結(jié)露。 （ 6） 通過微功率無線方式可以處理以下重要參數(shù)：油壓、套壓、回壓、溫度、油管注水流速、油管注水流量，套管注水流速、套管注水流量、油管的設(shè)定流速和套管的設(shè)定流速 以及相關(guān)報警參數(shù) 等。 （ 7） 可使用 GPRS 通信網(wǎng)絡(luò) 無線 傳輸數(shù)據(jù)。 ? 微功耗無線壓力變送器 如 圖 5522 所示的微功耗無線壓力變送器 為我公司專利產(chǎn)品，該變送器負(fù)責(zé)接收測控主機(jī)指令，完成油壓、套壓、干線壓力等壓力數(shù)據(jù)的測量和傳送；具有數(shù)字顯示功能，便于現(xiàn)場觀察及設(shè)置，可以在現(xiàn)場設(shè)定采集間隔、數(shù)據(jù)發(fā)送間隔、報警上下限等參數(shù)。變送器采用“微功耗”設(shè)計理念，進(jìn)行了電路設(shè)計、用電管理、通信協(xié)議的優(yōu)化；采用微發(fā)射功率和高靈敏度接收策略；具有電池電量實時在線監(jiān)測功能，低于設(shè)定值自動報警，提醒用戶及時更換電池；嚴(yán)格按照國家無線電管理委員會對民用無線控制裝置的技術(shù)要求生產(chǎn)，使用不受限制的433MHz 公用頻道，不必申請專用頻率；采用碼分多址調(diào)制方式，允許在同一區(qū)域多部設(shè)備 間 傳輸數(shù)據(jù)而不會相互干擾；數(shù)據(jù)可靠傳輸距離可達(dá) 0150 米。其具體技術(shù)指標(biāo)如下： 24 圖 5522 無線壓力變送器 （ 1）測量精度： 級； （ 2）供電電池： 一次性 鋰電池，電池壽命 可達(dá) 2 年 以上 ； （ 3）靜態(tài)功耗：小于 45181。A； （ 4）通信距離：微功率 短距離 無線通信距離 0150m； （ 5）適用溫度： 30℃～ 80℃； ? 智能流量控制 器 如 圖 5523 所示， 智能流量控制 器 由 低扭矩 磨輪式調(diào)節(jié)閥與流量計組成的 。 該裝置中的流量計內(nèi) 部集成了電機(jī)控制算法，流量、流速數(shù)據(jù)的采集和傳送以及注水井日配注水量的動態(tài)調(diào)控等程序。其特點(diǎn)如下： 流量計采用電子 液 晶中文顯示 ， 具有瞬時流量、累計流量及日歷顯示； 采用 EEPROM 數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可防止數(shù)據(jù)丟失； 同時具有內(nèi)部與外部按鍵，通過外部按鍵可設(shè)定日注水量； 可同時輸出流量脈沖信號及調(diào)節(jié)閥開度反饋信號； 具有 RS485 通訊接口，可實現(xiàn)雙向通訊控制及無線遠(yuǎn)傳控制功能； 25 具有超流量保護(hù)及流量計故障限流功能； 流量計量采用磁電式流量計，無可動部件、耐高壓沖擊； 采用了先進(jìn)的磨輪調(diào)節(jié)技術(shù)，在高壓下實現(xiàn)低扭矩，高 安全性和密封性； 圖 5523 智能 流量控制裝置 智能流量控制 器 中的磨輪式調(diào)節(jié)閥較之傳統(tǒng)形式的調(diào)節(jié)閥有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)形式的調(diào)節(jié)閥一般采用螺紋閥桿升降式結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)流量費(fèi)力耗時，閥座易堵易卡，關(guān)閉不嚴(yán)，使用壽命短等缺陷。而磨輪式調(diào)節(jié)閥，設(shè)計了兩塊各帶有二個圓孔的磨輪相對作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過改變介質(zhì)的流通截面積，進(jìn)行調(diào)節(jié)流量，工作原理如 圖 5524 所示，其結(jié)構(gòu)原理如 圖 5524所示。介質(zhì)流體從閥門的進(jìn)口端進(jìn)入閥腔內(nèi)，假設(shè)閥門正在關(guān)閉狀態(tài)，如 圖 5524（ a）所示，兩磨輪上的節(jié)流孔處于垂直相向位置，流道被完全堵死；隨后當(dāng)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)開始轉(zhuǎn)動一定的銳角角度，并通過閥桿的連接傳遞，使動磨輪也隨之轉(zhuǎn)動了一個銳角，這時兩個磨輪的相對位置就形成了如 圖 5524（ b）所示，工作面上的流道為兩個月牙孔，流體通過兩月牙孔被分成兩股支流，以后再合并為一股從閥門的出口處流出。 26 調(diào)節(jié)流量的大小也就是使閥桿在 90176。角度之間的任意轉(zhuǎn)動，改變由兩塊動、靜磨輪組成的流道流通面積的大小來實現(xiàn)的，其工作面上流道變化的全過程就似天體月亮的圓缺變化的模樣，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)繼續(xù)轉(zhuǎn)至全開位置時，流道被完全打開，工作面上的流道截面好像兩 顆滿月的月亮，（如 圖 5524c）所示。另外，閥門在工作中，流體對磨輪產(chǎn)生了一定的壓力，使得動、靜磨輪始終緊貼在一起，更加強(qiáng)了工作面的氣密性，就在逆流工況時，也具良好的密封性能。 （ a）調(diào)節(jié)閥關(guān)閉 （ b）調(diào)節(jié)閥開啟 （ c）調(diào)節(jié)閥完全開啟 圖 5524 磨輪式調(diào)節(jié)閥原理圖 PID調(diào) 節(jié) 閥流 量 計+e日 配 注 量 27 圖 5525 流速調(diào)節(jié)控制框圖 在該裝置中，電機(jī)控制算法集成到流量計中，流量計與調(diào)節(jié)閥自構(gòu)成了一個閉環(huán)的控制回路，當(dāng)流量計接收到 RTU 發(fā)出的日配 注和流速調(diào)節(jié)時，流量計通過 PID 算法控制調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)到符合控制精度要求的開啟度，其控制框圖如所示。采用這種小閉環(huán)調(diào)節(jié)，有效地降低了數(shù)據(jù)傳輸量，增大了調(diào)節(jié)的實時性和可靠性，這也是