油田注水自動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)，尤其是涉及一種應(yīng)用于節(jié)能型油田注水的恒壓自動(dòng)控制裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油田注水是國內(nèi)很多油田保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施，其方法就是將地層中散布的油集中到油井中再提取上來。由于很多油田屬于斷裂區(qū)塊油田，每個(gè)區(qū)塊注水范圍小，注水量隨開采狀況的變化需要經(jīng)常調(diào)整。在油田采油時(shí)，需要不斷地從外部往采油層注水，以便石油聚集，提高采油效率，因此，需要修建注水泵站。一個(gè)注水泵站構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的供水網(wǎng)絡(luò)并保持水壓恒定，給數(shù)量不等的幾個(gè)油井注水。為了保持注水泵站供水網(wǎng)絡(luò)水壓的恒定，一個(gè)注水泵站通常需要配備3?4臺(tái)電動(dòng)機(jī)和相應(yīng)的控制設(shè)備。如附圖1所示，為3臺(tái)電機(jī)進(jìn)行注水站的壓力調(diào)節(jié)。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)多臺(tái)水泵電機(jī)來實(shí)現(xiàn)采油的供水需要，在供水系統(tǒng)中需要一直保持壓力的穩(wěn)定。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的油田注水fe制系統(tǒng)由于缺少水壓自動(dòng)fe制功能，通常米用人工手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式。注水系統(tǒng)主要靠操作人員憑經(jīng)驗(yàn)開關(guān)各處閥門控制流量壓力等參數(shù)來進(jìn)行生產(chǎn)，無法及時(shí)跟蹤生產(chǎn)參數(shù)的變化，不僅造成嚴(yán)重的節(jié)流浪費(fèi)，有時(shí)還會(huì)因運(yùn)行參數(shù)調(diào)整不當(dāng)而發(fā)生大罐抽空、管線堵塞或原油冒罐等事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種油田注水自動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法，能夠有效地解決現(xiàn)有油田注水控制系統(tǒng)存在無法及時(shí)跟蹤生產(chǎn)參數(shù)變化，不僅造成嚴(yán)重的節(jié)流浪費(fèi)，還會(huì)因運(yùn)行參數(shù)調(diào)整不當(dāng)導(dǎo)致生產(chǎn)事故的技術(shù)問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種油田注水自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，一種油田注水自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括:油田注水自動(dòng)控制裝置、變頻器、電機(jī)、注水泵和壓力傳感器。所述電機(jī)包括一臺(tái)永磁同步電機(jī)和兩臺(tái)異步電機(jī)，所述永磁同步電機(jī)和異步電機(jī)分別與各自對(duì)應(yīng)的所述注水泵相連。所述油田注水自動(dòng)控制裝置通過壓力傳感器采集管道壓力信號(hào)，并對(duì)管道壓力信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，以控制所述永磁同步電機(jī)和異步電機(jī)的投切和調(diào)速操作，實(shí)現(xiàn)油田注水水壓的平穩(wěn)。
[0006]優(yōu)選的，所述永磁同步電機(jī)作為所述系統(tǒng)的主調(diào)速電機(jī)，所述異步電機(jī)作為備用電機(jī)。當(dāng)所述永磁同步電機(jī)無法滿足管道壓力要求時(shí)，通過自動(dòng)投入或切除所述異步電動(dòng)機(jī)使油田注水水壓穩(wěn)定在恒壓狀態(tài)，同時(shí)保證所述自動(dòng)控制系統(tǒng)處于最高運(yùn)行效率。
[0007]優(yōu)選的，所述自動(dòng)控制系統(tǒng)還包括溫度傳感器，用于采集來自于所述電機(jī)的溫度信號(hào)。所述油田注水自動(dòng)控制裝置進(jìn)一步包括控制單元、A/D轉(zhuǎn)換模塊、通信管理模塊和DI/D0模塊。所述壓力傳感器和溫度傳感器采集到的信號(hào)通過所述A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后傳輸至所述控制單元。所述控制單元經(jīng)過計(jì)算后，通過所述通信管理模塊控制所述變頻器實(shí)現(xiàn)所述電機(jī)調(diào)速。所述控制單元同時(shí)通過所述DI/D0模塊控制所述永磁同步電機(jī)和異步電機(jī)的投切。
[0008]優(yōu)選的，所述電機(jī)包括以下四種運(yùn)行狀態(tài):
狀態(tài)1:在單臺(tái)所述注水泵能夠滿足管道壓力要求時(shí)，所述永磁同步電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行；狀態(tài)2:在兩臺(tái)所述注水泵能夠滿足管道壓力要求時(shí)，一臺(tái)所述異步電機(jī)和一臺(tái)所述永磁同步電機(jī)同時(shí)運(yùn)行；
狀態(tài)3:在油田無水情況下，所述自動(dòng)控制系統(tǒng)停機(jī)，所述永磁同步電機(jī)和異步電機(jī)停止運(yùn)行；在油田有水情況下，所述自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)開機(jī)運(yùn)行；
狀態(tài)4:在所述永磁同步電機(jī)出現(xiàn)故障情況下，兩臺(tái)異步電機(jī)同時(shí)運(yùn)行的狀態(tài)，一臺(tái)所述異步電機(jī)通過所述變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行，另一臺(tái)所述異步電機(jī)運(yùn)行于工頻狀態(tài)。
[0009]優(yōu)選的，所述控制單元在所述永磁同步電機(jī)和異步電機(jī)投切或所述管道壓力信號(hào)波動(dòng)超過設(shè)定值時(shí)，采用模糊控制方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速；并在所述管道壓力信號(hào)波動(dòng)低于設(shè)定值時(shí)，采用PID控制方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，保持油田注水水壓的靜態(tài)穩(wěn)定性。
[0010]優(yōu)選的，所述油田注水自動(dòng)控制裝置采用基于PLC或DSP的控制系統(tǒng)。所述油田注水自動(dòng)控制裝置還包括人機(jī)界面，所述人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對(duì)所述油田注水自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，以及控制參數(shù)的設(shè)置。
[0011]本發(fā)明還另外具體提供了一種基于上述油田注水自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)的油田注水自動(dòng)控制方法的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，所述方法包括以下步驟:
5100:所述油田注水自動(dòng)控制裝置接收到啟動(dòng)命令信號(hào)，對(duì)所述油田注水自動(dòng)控制系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行判斷，并對(duì)相關(guān)管路的閥門進(jìn)行操作，若無故障，則啟動(dòng)所述變頻器，若出現(xiàn)故障則跳閘并進(jìn)行報(bào)警；
5101:所述變頻器啟動(dòng)后，進(jìn)入對(duì)所述永磁同步電機(jī)的控制，將設(shè)定的水壓與所述壓力傳感器反饋的水壓進(jìn)行比較，通過控制所述變頻器的輸出頻率進(jìn)行對(duì)所述永磁同步電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述水壓的控制；
5102:若所述永磁同步電機(jī)運(yùn)行至額定功率仍然不滿足所述系統(tǒng)設(shè)定的水壓時(shí)，所述油田注水自動(dòng)控制裝置暫時(shí)切斷所述永磁同步電機(jī)的輸出，并開始對(duì)其中一臺(tái)備用的所述異步電機(jī)進(jìn)行變頻控制以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，當(dāng)所述異步電機(jī)啟動(dòng)完成后，所述系統(tǒng)將所述異步電機(jī)由變頻運(yùn)行模式切入工頻運(yùn)行模式，并進(jìn)入步驟S101。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟S102進(jìn)一步包括:
若所述永磁同步電機(jī)運(yùn)行至額定功率仍然不滿足所述系統(tǒng)設(shè)定的水壓時(shí)，所述系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)時(shí)，若在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，所述系統(tǒng)仍處于滿功率運(yùn)行，而實(shí)際水壓與設(shè)定水壓差距較大時(shí)，所述油田注水自動(dòng)控制裝置暫時(shí)切斷所述永磁同步電機(jī)的輸出。
[0013]優(yōu)選的，該步驟進(jìn)一步包括:
當(dāng)所述永磁同步電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，所述系統(tǒng)自動(dòng)將備用的電機(jī)參數(shù)輸入至所述變頻器中，并將控制對(duì)象切換為備用的所述異步電機(jī)，在控制所述異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行時(shí)，如果所述系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)需要進(jìn)行所述注水泵的投入，并且另一臺(tái)備用的所述異步電機(jī)允許投入時(shí)，所述油田注水自動(dòng)控制裝置控制當(dāng)前處于變頻運(yùn)行模式的所述異步電機(jī)切換至工頻運(yùn)行模式，完成切換后啟動(dòng)另一臺(tái)備用的所述異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟S101進(jìn)一步包括:
所述變頻器啟動(dòng)后，所述油田注水自動(dòng)控制裝置將設(shè)定的水壓與所述壓力傳感器反饋的水壓進(jìn)行比較，在所述管道壓力信號(hào)波動(dòng)低于設(shè)定值時(shí)，所述油田注水自動(dòng)控制裝置通過PID控制方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，保持油田注水水壓的靜態(tài)穩(wěn)定性；在所述永磁同步電機(jī)和異步電機(jī)投切過程中或所述管道壓力信號(hào)波動(dòng)超過設(shè)定值時(shí)，所述油田注水自動(dòng)控制裝置通過模糊控制方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。
[0015]通過實(shí)施上述本發(fā)明提供的油田注水自動(dòng)控制系統(tǒng)及其方法，具有如下技術(shù)效果:
(1)本發(fā)明通過水壓閉環(huán)控制，成功減少了人工干預(yù)，并利用變頻器及永磁電機(jī)提高效率，減少電能的使用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的，極大地降低了現(xiàn)場工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和人力成本，注水量調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)性好，克服了現(xiàn)有技術(shù)不能及時(shí)有效地對(duì)注水量進(jìn)行調(diào)節(jié)導(dǎo)致實(shí)際油田注水站都存在額定流量與實(shí)際流量不相匹配的技術(shù)問題；
(2)本發(fā)明采用永磁同步電機(jī)和變頻異步電機(jī)按照不同情況分別啟動(dòng)控制，兩者之間有效配合、無縫銜接，不僅能讓電機(jī)能夠及時(shí)地運(yùn)行在高效點(diǎn)，有效地節(jié)約能源，還能延長電機(jī)的壽命，提高系統(tǒng)的可靠性；
(4)本發(fā)明采用永磁同步電機(jī)和變頻異步電機(jī)分不同情況啟動(dòng)，一般情況下運(yùn)行永磁同步電機(jī)，特殊情況下運(yùn)行