油田注水自動控制系統(tǒng)及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及自動控制技術，尤其是涉及一種應用于節(jié)能型油田注水的恒壓自動控制裝置及其方法。
【背景技術】
[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，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。一個注水泵站構(gòu)成一個獨立的供水網(wǎng)絡并保持水壓恒定，給數(shù)量不等的幾個油井注水。為了保持注水泵站供水網(wǎng)絡水壓的恒定，一個注水泵站通常需要配備3?4臺電動機和相應的控制設備。如附圖1所示，為3臺電機進行注水站的壓力調(diào)節(jié)。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)多臺水泵電機來實現(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)有技術中的油田注水fe制系統(tǒng)由于缺少水壓自動fe制功能，通常米用人工手動調(diào)節(jié)的方式。注水系統(tǒng)主要靠操作人員憑經(jīng)驗開關各處閥門控制流量壓力等參數(shù)來進行生產(chǎn)，無法及時跟蹤生產(chǎn)參數(shù)的變化，不僅造成嚴重的節(jié)流浪費，有時還會因運行參數(shù)調(diào)整不當而發(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)存在無法及時跟蹤生產(chǎn)參數(shù)變化，不僅造成嚴重的節(jié)流浪費，還會因運行參數(shù)調(diào)整不當導致生產(chǎn)事故的技術問題。
[0005]為了實現(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控制系統(tǒng)的技術實現(xiàn)方案，一種油田注水自動控制系統(tǒng)，包括:油田注水自動控制裝置、變頻器、電機、注水泵和壓力傳感器。所述電機包括一臺永磁同步電機和兩臺異步電機，所述永磁同步電機和異步電機分別與各自對應的所述注水泵相連。所述油田注水自動控制裝置通過壓力傳感器采集管道壓力信號，并對管道壓力信號進行計算，以控制所述永磁同步電機和異步電機的投切和調(diào)速操作，實現(xiàn)油田注水水壓的平穩(wěn)。
[0006]優(yōu)選的，所述永磁同步電機作為所述系統(tǒng)的主調(diào)速電機，所述異步電機作為備用電機。當所述永磁同步電機無法滿足管道壓力要求時，通過自動投入或切除所述異步電動機使油田注水水壓穩(wěn)定在恒壓狀態(tài)，同時保證所述自動控制系統(tǒng)處于最高運行效率。
[0007]優(yōu)選的，所述自動控制系統(tǒng)還包括溫度傳感器，用于采集來自于所述電機的溫度信號。所述油田注水自動控制裝置進一步包括控制單元、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通過所述A/D轉(zhuǎn)換模塊進行A/D轉(zhuǎn)換后傳輸至所述控制單元。所述控制單元經(jīng)過計算后，通過所述通信管理模塊控制所述變頻器實現(xiàn)所述電機調(diào)速。所述控制單元同時通過所述DI/D0模塊控制所述永磁同步電機和異步電機的投切。
[0008]優(yōu)選的，所述電機包括以下四種運行狀態(tài):
狀態(tài)1:在單臺所述注水泵能夠滿足管道壓力要求時，所述永磁同步電機單獨運行；狀態(tài)2:在兩臺所述注水泵能夠滿足管道壓力要求時，一臺所述異步電機和一臺所述永磁同步電機同時運行；
狀態(tài)3:在油田無水情況下，所述自動控制系統(tǒng)停機，所述永磁同步電機和異步電機停止運行；在油田有水情況下，所述自動控制系統(tǒng)自動開機運行；
狀態(tài)4:在所述永磁同步電機出現(xiàn)故障情況下，兩臺異步電機同時運行的狀態(tài)，一臺所述異步電機通過所述變頻器實現(xiàn)調(diào)速運行，另一臺所述異步電機運行于工頻狀態(tài)。
[0009]優(yōu)選的，所述控制單元在所述永磁同步電機和異步電機投切或所述管道壓力信號波動超過設定值時，采用模糊控制方式實現(xiàn)電機調(diào)速；并在所述管道壓力信號波動低于設定值時，采用PID控制方式實現(xiàn)電機調(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)。所述油田注水自動控制裝置還包括人機界面，所述人機界面實現(xiàn)對所述油田注水自動控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視，以及控制參數(shù)的設置。
[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控制實現(xiàn)的油田注水自動控制方法的技術實現(xiàn)方案，所述方法包括以下步驟:
5100:所述油田注水自動控制裝置接收到啟動命令信號，對所述油田注水自動控制系統(tǒng)的狀態(tài)進行判斷，并對相關管路的閥門進行操作，若無故障，則啟動所述變頻器，若出現(xiàn)故障則跳閘并進行報警；
5101:所述變頻器啟動后，進入對所述永磁同步電機的控制，將設定的水壓與所述壓力傳感器反饋的水壓進行比較，通過控制所述變頻器的輸出頻率進行對所述永磁同步電機進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對所述水壓的控制；
5102:若所述永磁同步電機運行至額定功率仍然不滿足所述系統(tǒng)設定的水壓時，所述油田注水自動控制裝置暫時切斷所述永磁同步電機的輸出，并開始對其中一臺備用的所述異步電機進行變頻控制以實現(xiàn)軟啟動，當所述異步電機啟動完成后，所述系統(tǒng)將所述異步電機由變頻運行模式切入工頻運行模式，并進入步驟S101。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟S102進一步包括:
若所述永磁同步電機運行至額定功率仍然不滿足所述系統(tǒng)設定的水壓時，所述系統(tǒng)進行計時，若在設定的時間內(nèi)，所述系統(tǒng)仍處于滿功率運行，而實際水壓與設定水壓差距較大時，所述油田注水自動控制裝置暫時切斷所述永磁同步電機的輸出。
[0013]優(yōu)選的，該步驟進一步包括:
當所述永磁同步電機出現(xiàn)故障時，所述系統(tǒng)自動將備用的電機參數(shù)輸入至所述變頻器中，并將控制對象切換為備用的所述異步電機，在控制所述異步電機進行調(diào)速運行時，如果所述系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)需要進行所述注水泵的投入，并且另一臺備用的所述異步電機允許投入時，所述油田注水自動控制裝置控制當前處于變頻運行模式的所述異步電機切換至工頻運行模式，完成切換后啟動另一臺備用的所述異步電機進行調(diào)速運行。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟S101進一步包括:
所述變頻器啟動后，所述油田注水自動控制裝置將設定的水壓與所述壓力傳感器反饋的水壓進行比較，在所述管道壓力信號波動低于設定值時，所述油田注水自動控制裝置通過PID控制方式實現(xiàn)電機調(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和異步電機投切過程中或所述管道壓力信號波動超過設定值時，所述油田注水自動控制裝置通過模糊控制方式實現(xiàn)電機調(diào)速。
[0015]通過實施上述本發(fā)明提供的油田注水自動控制系統(tǒng)及其方法，具有如下技術效果:
(1)本發(fā)明通過水壓閉環(huán)控制，成功減少了人工干預，并利用變頻器及永磁電機提高效率，減少電能的使用，實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的，極大地降低了現(xiàn)場工人的勞動強度和人力成本，注水量調(diào)節(jié)實時性好，克服了現(xiàn)有技術不能及時有效地對注水量進行調(diào)節(jié)導致實際油田注水站都存在額定流量與實際流量不相匹配的技術問題；
(2)本發(fā)明采用永磁同步電機和變頻異步電機按照不同情況分別啟動控制，兩者之間有效配合、無縫銜接，不僅能讓電機能夠及時地運行在高效點，有效地節(jié)約能源，還能延長電機的壽命，提高系統(tǒng)的可靠性；
(4)本發(fā)明采用永磁同步電機和變頻異步電機分不同情況啟動，一般情況下運行永磁同步電機，特殊情況下運行