台达注水一体化控制系统解决方案提升油田注水工艺效能

  项目背景

  油田注水是石油开采环节中一个非常重要的工艺段，目的在于实现地层压力的保持和注水驱油的目标。台达提供的自动注水泵一体化控制系统解决方案，不仅完美实现注水泵的自动注水控制和注水管压力测量，同时让注水泵系统与油田数字化综合平台进行通讯对接，实现注水泵保证“注好水、注够水”、无人值守的终极目标。

  项目方案

  注水泵是注水环节的核心设备，主要将原水加压至需要注水压力后，经注水母管注入到各个油层。注水泵在正常注水过程中，一般注水压力都在16Mpa以上。注水泵停机再启动过程中，由于负载大及需电机拖动，目前采用的大多是降压启动、软启动器方式，均需要操作分水器上的回流阀，将压力卸除后才可以启动。

  台达注水泵自动注水一体化控制系统解决方案，采用台达泛用型矢量控制变频器C2000系列完成注水泵的正常启动，系统配置台达可编程控制器（PLC）主要完成外围信号点的采集、独立风机/变频启停的控制；搭配台达人机界面（HMI）显示当前注水工艺参数、设定控制工艺参数、并可查询、存档故障信息，同时以台达工业以太网交换机DVS系列进行通讯，实现油田注水泵站数字化。

  为了保证注水系统的安全运行，在系统启动及正常运行时，均设计了超压保护。保护限值可根据实际运行情况，自由在HMI上设定，同时支持远程数字化修改功能。增加防雷模块，当电网电压超过保护限值或遭遇雷击时，防雷模块瞬间将高电流导入大地，保护柜内元器件安全。独立风机的控制分为强制及自动控制两种方式：冬天可采用自动控制方式，独立风机可跟随电机频率运行，且跟随频率点在人机界面（HMI）上自由设定；夏天由于环温较高，建议采用强制模式运行。独立风机故障时，人机界面上将实时显示提醒。注水泵一体化控制系统在设计时充分考虑到了设备24小时不停机的需求，除了设计变频转换功能，系统同样具备扩展负载开关技术。其原理是当负载电机或水泵出现故障需长期维修时，现场作业员可依据注水站需求，系统通过多级互锁接触器切换到同功率备用注水泵，保证管线支路正常供水需求。

  项目总结

  此系统设计可在不操作回流阀的情况下直接启动，且启动电流被限制在电机额定电流的要求倍数以内；同时具有稳压注水压力功能，可根据实时母管的压力反馈，调整电机转速，实现在回流阀零开度的情况下注水压力恒定，并实现运行回流零损耗。系统的直接启动稳压注水功能，除了现场倒泵需要操作回流阀外，其余正常状态下，都不需要操作回流阀，避免回流阀的频繁损坏，提升回流阀使用寿命3倍以上。此外，结合实际现场应用节能量测量，相比原系统节能率可达25%以上。