油田注水自动控制系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种油田注水自动控制系统及其方法，包括：油田注水自动控制装置、变频器、电机、注水泵和压力传感器。电机包括一台永磁同步电机和两台异步电机，永磁同步电机和异步电机分别与各自对应的注水泵相连。油田注水自动控制装置通过压力传感器采集管道压力信号，并对管道压力信号进行计算，以控制永磁同步电机和异步电机的投切和调速操作，实现油田注水水压的平稳。本发明专利技术能够有效地解决现有油田注水控制系统存在无法及时跟踪生产参数变化，不仅造成严重的节流浪费，还会因运行参数调整不当导致生产事故的技术问题，注水量调节实时性好、系统可靠性、安全性高、降低了噪音、节能减排，提高了工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动控制技术，尤其是涉及一种应用于节能型油田注水的恒压自动控制装置及其方法。
技术介绍
油田注水是国内很多油田保持高产稳产的重要措施，其方法就是将地层中散布的油集中到油井中再提取上来。由于很多油田属于断裂区块油田，每个区块注水范围小，注水量随开采状况的变化需要经常调整。在油田采油时，需要不断地从外部往采油层注水，以便石油聚集，提高采油效率，因此，需要修建注水泵站。一个注水泵站构成一个独立的供水网络并保持水压恒定，给数量不等的几个油井注水。为了保持注水泵站供水网络水压的恒定，一个注水泵站通常需要配备3?4台电动机和相应的控制设备。如附图1所示，为3台电机进行注水站的压力调节。系统通过调节多台水泵电机来实现采油的供水需要，在供水系统中需要一直保持压力的稳定。现有技术中的油田注水fe制系统由于缺少水压自动fe制功能，通常米用人工手动调节的方式。注水系统主要靠操作人员凭经验开关各处阀门控制流量压力等参数来进行生产，无法及时跟踪生产参数的变化，不仅造成严重的节流浪费，有时还会因运行参数调整不当而发生大罐抽空、管线堵塞或原油冒罐等事故。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种，能够有效地解决现有油田注水控制系统存在无法及时跟踪生产参数变化，不仅造成严重的节流浪费，还会因运行参数调整不当导致生产事故的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术具体提供了一种油田注水自动控制系统的技术实现方案，一种油田注水自动控制系统，包括:油田注水自动控制装置、变频器、电机、注水泵和压力传感器。所述电机包括一台永磁同步电机和两台异步电机，所述永磁同步电机和异步电机分别与各自对应的所述注水泵相连。所述油田注水自动控制装置通过压力传感器采集管道压力信号，并对管道压力信号进行计算，以控制所述永磁同步电机和异步电机的投切和调速操作，实现油田注水水压的平稳。优选的，所述永磁同步电机作为所述系统的主调速电机，所述异步电机作为备用电机。当所述永磁同步电机无法满足管道压力要求时，通过自动投入或切除所述异步电动机使油田注水水压稳定在恒压状态，同时保证所述自动控制系统处于最高运行效率。优选的，所述自动控制系统还包括温度传感器，用于采集来自于所述电机的温度信号。所述油田注水自动控制装置进一步包括控制单元、A/D转换模块、通信管理模块和DI/D0模块。所述压力传感器和温度传感器采集到的信号通过所述A/D转换模块进行A/D转换后传输至所述控制单元。所述控制单元经过计算后，通过所述通信管理模块控制所述变频器实现所述电机调速。所述控制单元同时通过所述DI/D0模块控制所述永磁同步电机和异步电机的投切。优选的，所述电机包括以下四种运行状态: 状态1:在单台所述注水泵能够满足管道压力要求时，所述永磁同步电机单独运行；状态2:在两台所述注水泵能够满足管道压力要求时，一台所述异步电机和一台所述永磁同步电机同时运行； 状态3:在油田无水情况下，所述自动控制系统停机，所述永磁同步电机和异步电机停止运行；在油田有水情况下，所述自动控制系统自动开机运行； 状态4:在所述永磁同步电机出现故障情况下，两台异步电机同时运行的状态，一台所述异步电机通过所述变频器实现调速运行，另一台所述异步电机运行于工频状态。优选的，所述控制单元在所述永磁同步电机和异步电机投切或所述管道压力信号波动超过设定值时，采用模糊控制方式实现电机调速；并在所述管道压力信号波动低于设定值时，采用PID控制方式实现电机调速，保持油田注水水压的静态稳定性。优选的，所述油田注水自动控制装置采用基于PLC或DSP的控制系统。所述油田注水自动控制装置还包括人机界面，所述人机界面实现对所述油田注水自动控制系统运行状态的监视，以及控制参数的设置。本专利技术还另外具体提供了一种基于上述油田注水自动控制实现的油田注水自动控制方法的技术实现方案，所述方法包括以下步骤: 5100:所述油田注水自动控制装置接收到启动命令信号，对所述油田注水自动控制系统的状态进行判断，并对相关管路的阀门进行操作，若无故障，则启动所述变频器，若出现故障则跳闸并进行报警； 5101:所述变频器启动后，进入对所述永磁同步电机的控制，将设定的水压与所述压力传感器反馈的水压进行比较，通过控制所述变频器的输出频率进行对所述永磁同步电机进行转速调节，从而实现对所述水压的控制； 5102:若所述永磁同步电机运行至额定功率仍然不满足所述系统设定的水压时，所述油田注水自动控制装置暂时切断所述永磁同步电机的输出，并开始对其中一台备用的所述异步电机进行变频控制以实现软启动，当所述异步电机启动完成后，所述系统将所述异步电机由变频运行模式切入工频运行模式，并进入步骤S101。优选的，所述步骤S102进一步包括: 若所述永磁同步电机运行至额定功率仍然不满足所述系统设定的水压时，所述系统进行计时，若在设定的时间内，所述系统仍处于满功率运行，而实际水压与设定水压差距较大时，所述油田注水自动控制装置暂时切断所述永磁同步电机的输出。优选的，该步骤进一步包括: 当所述永磁同步电机出现故障时，所述系统自动将备用的电机参数输入至所述变频器中，并将控制对象切换为备用的所述异步电机，在控制所述异步电机进行调速运行时，如果所述系统发现需要进行所述注水泵的投入，并且另一台备用的所述异步电机允许投入时，所述油田注水自动控制装置控制当前处于变频运行模式的所述异步电机切换至工频运行模式，完成切换后启动另一台备用的所述异步电机进行调速运行。优选的，所述步骤S101进一步包括: 所述变频器启动后，所述油田注水自动控制装置将设定的水压与所述压力传感器反馈的水压进行比较，在所述管道压力信号波动低于设定值时，所述油田注水自动控制装置通过PID控制方式实现电机调速，保持油田注水水压的静态稳定性；在所述永磁同步电机和异步电机投切过程中或所述管道压力信号波动超过设定值时，所述油田注水自动控制装置通过模糊控制方式实现电机调速。通过实施上述本专利技术提供的，具有如下技术效果: (1)本专利技术通过水压闭环控制，成功减少了人工干预，并利用变频器及永磁电机提高效率，减少电能的使用，实现了节能减排的目的，极大地降低了现场工人的劳动强度和人力成本，注水量调节实时性好，克服了现有技术不能及时有效地对注水量进行调节导致实际油田注水站都存在额定流量与实际流量不相匹配的技术问题； (2)本专利技术采用永磁同步电机和变频异步电机按照不同情况分别启动控制，两者之间有效配合、无缝衔接，不仅能让电机能够及时地运行在高效点，有效地节约能源，还能延长电机的寿命，提高系统的可靠性； (4)本专利技术采用永磁同步电机和变频异步电机分不同情况启动，一般情况下运行永磁同步电机，特殊情况下运行当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油田注水自动控制系统，其特征在于，包括：油田注水自动控制装置（1）、变频器（2）、电机（3）、注水泵（4）和压力传感器（5），所述电机（3）包括一台永磁同步电机和两台异步电机，所述永磁同步电机和异步电机分别与各自对应的所述注水泵（4）相连；所述油田注水自动控制装置（1）通过压力传感器（5）采集管道压力信号，并对管道压力信号进行计算，以控制所述永磁同步电机和异步电机的投切和调速操作，实现油田注水水压的平稳。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁文超，吴强，罗仁俊，黄燕艳，曹洋，彭勃，黄欢，黄迪，秦灿华，刘永丰，王世平，何伟，孙茂，王龙，徐振，雷立，李庆武，
申请(专利权)人：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43