孟令尊 張旭 邊向南

1大慶油田有限責任公司第六采油廠

2大慶油田裝備制造集團

大慶油田采油六廠配注目前大部分處于日間人工調(diào)控、夜間無人管控的狀態(tài)，壓力波動大、流量不穩(wěn)時調(diào)節(jié)次數(shù)多一些，配水流量控制不及時準確。配水間注水閥組數(shù)量多、流量計和壓力表均為就地顯示、沒有信號變送輸出，這些原因是影響油田精細注水、有效注水的不利因素。

在夜間管網(wǎng)壓力穩(wěn)定的情況下，部分井的現(xiàn)場與報表注水量誤差、現(xiàn)場注水完成率兩項數(shù)據(jù)會出現(xiàn)不合格的情況，現(xiàn)場與報表注水量誤差不合格頻率為7.14%～13.95%，注水完成率不合格頻率為11.62%～42.86%。

在夜間管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定的情況下，大部分井現(xiàn)場油壓誤差、現(xiàn)場與報表注水量誤差、現(xiàn)場注水完成率會出現(xiàn)較大的波動，整體偏離配注要求。

在夏季夜間管網(wǎng)壓力下降的情況下，不能及時關(guān)閉油壓較高的井，保證油壓較低的井正常生產(chǎn)；在冬季夜間管網(wǎng)壓力下降的情況下，不能及時關(guān)小油壓較低的井，保證油壓較高的井管線不凍堵。

夜間管線穿孔，不能及時發(fā)現(xiàn)壓力變化并及時關(guān)井，導致污水泄漏，造成環(huán)境污染。人工手動調(diào)節(jié)高壓閥門存在安全隱患。

利用“工業(yè)機器人”技術(shù)概念開發(fā)的機械手調(diào)節(jié)裝置，具備常規(guī)技術(shù)（電動閥和SCADA）所沒有的諸多優(yōu)勢，隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，完全可以成為配水間智能化調(diào)節(jié)的新型解決方案。

1 技術(shù)特點

工業(yè)機器人是先進制造技術(shù)和自動化裝備的典型代表，集機械、電子、自動控制、計算機、傳感器、人工智能、通信與網(wǎng)絡等多學科先進技術(shù)于一體。配水間機械手調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在原有閥組工藝全部保留的情況下進行的無損化改造，現(xiàn)場實施簡單、費用低，安裝過程中無需關(guān)井停產(chǎn)，不影響注入時率，當有需要或必要時又可恢復為人工調(diào)節(jié)，相當于多了一套冗余設備（圖1）。

圖1 油田配水間智能化機械手控制過程流程圖Fig.1 Process flow diagram of intelligent manipulator control in oilfield water allocation room

一個機械手可以同時管理和調(diào)節(jié)幾十個閥組，設備利用率高，所配置的可編程邏輯控制器（PLC）功能強大，可完成數(shù)據(jù)采集、運算控制、伺服控制、報警提示功能等，根據(jù)整個配水間的壓力流量數(shù)據(jù)，進行智能化控制調(diào)節(jié)，通過優(yōu)化算法和路徑，使調(diào)節(jié)更高效并降低成本。

現(xiàn)有配水間閥組為非線性閘閥，人工手動很難掌握好細微尺度，操作人員邊看水表邊調(diào)節(jié)，可能越調(diào)越亂。機械手調(diào)節(jié)系統(tǒng)把干線壓力信號、各支線壓力及流量信號引入，采用伺服控制，對速度和進程調(diào)節(jié)更精細，控制定位精度更高，效果是人手難以做到的。

在系統(tǒng)組態(tài)畫面上觀察整個配水間工藝動態(tài)一目了然，每口井什么時候調(diào)節(jié)，每天調(diào)節(jié)幾次，都有記錄并可生成多種運行曲線，并可在壓力異常時發(fā)送報警[1]。

Research on properties and application of disodium cocoyl glutamate 8 23

機械手配水調(diào)節(jié)系統(tǒng)集自動化、數(shù)字化、智能化一體，在保留原工藝基礎上，具有無損化改造、降低成本、調(diào)節(jié)精度更高、長期可靠運行的特點。

2 運行指標

采油六廠1-6配水間共有17口分層管柱井，相鄰間距580 mm，站內(nèi)為水泥地面，閥門高度為720 m（圖2）。

圖2 配水間安裝平面圖Fig.2 Layout plan of water allocation room installation

使用一套機械手智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)對其中10 口分層管柱井進行管控調(diào)節(jié)（圖3），2019年12月15日正式運行至今。具體性能指標如下：

圖3 機械手一天調(diào)節(jié)圖Fig.3 Manipulator adjustment in one day

（1）現(xiàn)場原有工藝不動，就地加裝一套機械手系統(tǒng)，運行軌道長度6 m，水平垂直旋轉(zhuǎn)三軸關(guān)節(jié)，采用浮動手指設計。

（2）機械手最大輸出扭矩達200 Nm，現(xiàn)場閥門平均扭力為30 Nm，最大扭力為80 Nm，可以完成全覆蓋調(diào)節(jié)。

（3）機械手運行啟動時，有燈光閃爍以及聲音提示，完成調(diào)節(jié)后返回初始位置待機，報警關(guān)閉。

（4）注水管理要求誤差不超過±15%，機械手調(diào)節(jié)達到±5%以內(nèi)，在10～15 min內(nèi)完成調(diào)整。

（5）設定壓力點，壓力在±1 MPa 區(qū)間內(nèi)為正常，區(qū)間外視為壓力異常，觸發(fā)聲光和畫面報警。

（6）建立數(shù)據(jù)庫，存儲機械手系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，以日報表模式顯示，可生成各趨勢曲線。

3 比較優(yōu)勢

采用常規(guī)技術(shù)也可以實現(xiàn)配水間自動調(diào)節(jié)流量，如在單井上加電動調(diào)節(jié)閥進行比例積分、微分（PID）調(diào)節(jié)，但配注工況很多時候是穩(wěn)定狀態(tài)，并不需要頻繁調(diào)節(jié)。當干線壓力波動時，更需要做一個綜合考量，而不是各個單井就地進行PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，而且高壓狀態(tài)下頻繁動作還容易造成閥門損壞，如某油田單井每年僅維修費編列預算6 000元，這是一筆不小的開支。全部改造加裝調(diào)節(jié)閥，設備利用率低，一次性投入大，現(xiàn)場改動量大，改造費用也大[2]。

機械手系統(tǒng)可以對幾十口井進行智能化調(diào)節(jié)，設備利用率高，運行可靠，同時PLC還有進行數(shù)據(jù)存儲處理、遠傳等功能，相當于給配水間加了一套可作為數(shù)字化基礎的PLC系統(tǒng)。在一次性投入方面要比常規(guī)技術(shù)方式節(jié)省三分之一左右的費用，現(xiàn)場改造費用低，在運行維護上定期搽油防銹即可，沒有其他費用[3-8]。

4 結(jié)束語

工業(yè)機器人是未來發(fā)展趨勢，在三種工況內(nèi)最有發(fā)展?jié)摿矗喝瞬荒芨傻?、人干不好的和人不愿意干的。配水調(diào)節(jié)需要全天連續(xù)操作，夜間值班更辛苦，屬于后兩種情況兼而有之。

機器人不是簡單代替人工勞動，而是一種能夠結(jié)合人的優(yōu)勢（即分析判斷、快速響應變化能力）以及機器優(yōu)勢（即高精度、高穩(wěn)定性、長時間運行和環(huán)境耐受能力強）的自動化設備，在調(diào)節(jié)過程中可以不停頓、不休息，讓工作變得更科學。

配水間機械手將工業(yè)機器人的概念應用到配注工藝領域，屬于業(yè)內(nèi)首創(chuàng)，未來不會僅局限于配注工藝，在油田各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中都會具有廣泛的應用前景[9-10]。