掺水伴热控制系统及掺水伴热控制方法.docx

掺水伴热控制系统及掺水伴热控制方法专利名称：掺水伴热控制系统及掺水伴热控制方法技术领域：本发明 涉及自动控制技术，特别涉及一种掺水伴热控制系统及掺水伴热控制方法背景技术：原油生产过程中，为了保证原油正常输送到计量间、中转站，常采用掺水伴热技术，即将中转站加热炉出来的高温水，通过掺水泵打到计量间(集油阀组间)，再分别输送到各油井井口，使高温水在井口与原油混合，以增加原油的温度和流动力，目前油田普遍采油的环状掺水流程和双管掺水流程，都是通过掺水伴热实现的集输虽然国家规范中规定了加热炉出来的热水温度，但在实际的应用中，由于连接加热炉的管线长度不同、所处环境不同，使得管线上流经的热水的压力和热量的损耗也不同， 因此，导致到达每口井的掺水温度差别很大，从而影响与热水混合的原油的温度和流动力 为了维持各油井的掺水温度在预先设置的温度范围内，以使与热水混合后的原油的温度和流动力达到最佳状态，需要依据回油温度、回油压力以及掺水压力来精细控制掺水量的大小，通过控制掺水量的大小以实现控制回到计量间的原油的回油温度，从而不会使得回油温度过低，造成管线堵塞，构成生产事故；也不会使得回油温度过高，浪费加热用的燃气、力口压电泵的电能及浪费清水。

如何能在保证安全生产的前提下，控制回到计量间的回油温度在预先设置的温度范围内，从而以最节能的方式实现低温原油集输，是油田发展的目标和科学研究的方向目前，通过掺水伴热控制回油温度主要采用人工巡检的方式，但人工巡检的方式存在如下技术问题1、巡检方式反应速度慢、工作效率低巡检工艺要求前线巡检员每两小时对现场巡检一次，但如果在两小时之内管线内的原油发生了温度、压力异常，前线巡检员无法第一时间获知该异常情况，只能等到下次巡检时，才能发现该异常情况并进行问题处理，因而无法及时掌握单油井(单环)生产动态信息，给生产安全带来隐患2、掺水量控制粗放、能耗大掺水量由前线巡检员进行人工控制调整，由于调整周期较长，造成管理粗放，增大能源消耗3、实际应用中，一个中转站加热炉加热的高温水负责几十口甚至更多的油井掺水伴热，而每名前线巡检员负责几口井，由于前线巡检员担心自己负责的油井温度过低，经常调大掺水量，这样，一部分油井的掺水量调大后，导致中转站加热炉输出的高温水流量增大、压力降低，而由于流量的增大，又将导致掺水温度的降低，影响油井井口的温度、压力， 造成管线内温度、压力的波动，导致更严重的后果4、自动化改造难度大现有的计量间情况复杂，如果安装有线温度、压力变送器测量回油温度及压力，由于需要布线施工，需要停工，从而影响生产，而且投资大、实施周期长。

发明内容有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种掺水伴热控制系统，提高工作效率、降低能源消耗本发明的 另一目的在于提出一种掺水伴热控制方法，提高工作效率、降低能源消耗为达到上述目的，本发明提供了一种掺水伴热控制系统，该系统包括无线传感器节点、掺水伴热控制节点以及掺水阀节点，无线传感器节点通过无线网络与掺水伴热控制节点相连，掺水伴热控制节点通过无线网络与掺水阀节点相连，其中，无线传感器节点，安装在集油阀组间或采油井的回油管路上，将采集的回油温度信息、掺水压力信息以及回油压力信息输出至掺水伴热控制节点；掺水伴热控制节点，安装在集油阀组间、计量间或采油井口，接收无线传感器节点输出的信息，向与无线传感器节点同属一油井的掺水阀节点输出阀门开启角度信息，所述阀门开启角度信息是掺水伴热控制节点根据无线传感器节点输出的信息以及预先存储的掺水量专家数据库确定的；掺水阀节点，接收掺水伴热控制节点输出的阀门开启角度信息，进行掺水量调整所述无线传感器节点包括将采集的回油温度信息输出至掺水伴热控制节点的无线温度传感器节点以及将采集的掺水压力信息以及回油压力信息输出至掺水伴热控制节点的无线压力传感器节点所述掺水伴热控制节点为骨干网网关。

所述掺水伴热控制节点包括骨干网网关以及中心监控计算机，其中，骨干网网关，安装在集油阀组间、计量间或采油井口，接收无线传感器节点输出的信息，输出至中心监控计算机；接收中心监控计算机输出的阀门开启角度信息，向与无线传感器节点同属一油井的掺水阀节点输出；中心监控计算机，接收骨干网网关输出的信息，向骨干网网关输出阀门开启角度信息，所述阀门开启角度信息是中心监控计算机根据接收的信息以及预先存储的掺水量专家数据库确定的所述中心监控计算机设置在计量间、队部、矿部、厂部或油田总部所述无线温度传感器节点安装在单油井或者环油井的回油管路上，包括温度传感器、采集处理器模块、电源模块、无线网络通讯模块以及外壳，其中，温度传感器与采集处理器模块相连，采集处理器模块与无线网络通讯模块相连， 电源模块分别与温度传感器、采集处理器模块以及无线网络通讯模块相连并提供相应的工作电源，温度传感器、采集处理器模块、电源模块、无线网络通讯模块容置在外壳内所述无线压力传感器节点包括压力传感器、采集处理模块、无线网络通讯模块、 电源模块以及外壳，其中，压力传感器与采集处理器模块相连，采集处理器模块与无线网络通讯模块相连， 电源模块分别与压力传感器、采集处理器模块以及无线网络通讯模块相连并提供相应的工作电源，压力传感器、采集处理器模块、电源模块、无线网络通讯模块容置在外壳内。

所述掺水阀节点包括电机、涡轮蜗杆机械结构、阀门、手动控制结构、电机控制电路、无线网络通讯模块以及外壳，其中，电机与电机控制电路相连，电机控制电路分别与无线网络通讯模块、涡轮蜗杆机械结构以及手动控制结构相连，涡轮蜗杆机械结构与阀门相连，电机、涡轮蜗杆机械结构、 阀门、手动控制结构、电机控制电路、无线网络通讯模块容置在外壳内所述无线传感器节点的拓扑结构采用点对点、星型、树形或网状所述无线传感器节点数量为一个或多个，所述掺水伴热控制节点数量为一个一种掺水伴热控制方 法，该方法包括获取回油温度、回油压力以及掺水压力参数；将获取的参数信息通过骨干网网关传输至中心监控计算机；中心监控计算机获取接收的参数信息所属的油井，查询预先设置的掺水量专家数据库，根据获取的油井的参数信息以及掺水量专家数据库对该油井进行调节，输出开启角度信息；骨干网网关接收开启角度信息，通过无线传感器网络技术将开启角度信息发送给无线自动控制掺水阀，无线自动控制掺水阀根据开启角度信息调节掺水量所述根据获取的油井的参数信息以及掺水量专家数据库对该油井进行调节，输出开启角度信息包括中心监控计算机接收实时采集的回油温度参数、掺水压力参数以及回油压力参数数值，如果回油温度参数不处于设定的最佳回油温度，则依据掺水量专家数据库中该油井的对应关系曲线图以及接收的参数信息，计算出阀门开启角度数值并输出开启角度信息。

所述根据获取的油井的参数信息以及掺水量专家数据库对该油井进行调节，输出开启角度信息包括中心监控计算机接收实时采集的回油温度参数、掺水压力参数以及回油压力参数数值，如果回油温度参数不处于设定的最佳回油温度、回油温度与最佳回油温度的差值大于设置的回油温度阈值，依据掺水量专家数据库中该油井的对应关系曲线图以及接收的参数信息，计算出阀门开启角度数值并控制无线自动控制掺水阀按照设计的调节灵敏度进行调整由上述的技术方案可见，本发明实施例提供的一种掺水伴热控制系统及掺水伴热控制方法，该系统包括无线传感器节点、掺水伴热控制节点以及掺水阀节点，无线传感器节点通过无线网络与掺水伴热控制节点相连，掺水伴热控制节点通过无线网络与掺水阀节点相连，其中，无线传感器节点，安装在集油阀组间或采油井的回油管路上，将采集的回油温度信息、掺水压力信息以及回油压力信息输出至掺水伴热控制节点；掺水伴热控制节点， 安装在集油阀组间、计量间或采油井口，接收无线传感器节点输出的信息，向与无线传感器节点同属一油井的掺水阀节点输出阀门开启角度信息，所述阀门开启角度信息是掺水伴热控制节点根据无线传感器节点输出的信息以及预先存储的掺水量专家数据库确定的；掺水阀节点，接收掺水伴热控制节点输出的阀门开启角度信息，进行掺水量调整。

这样，可以自动控制回到计量间的回油温度在预先设置的温度范围内，从而以最节能的方式实现低温原油集输，不仅提高了工作效率，还能降低能源消耗图1为本发明掺水伴热控制系统的结构示意图图2为本发明掺水伴热控制系统的具体结构示意图图3为本发明掺水伴热控制方法流程示意图图4为本发明实施例一的系统 结构示意图图5为本发明实施例二的系统结构示意图图6为本发明实施例三的系统结构示意图具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述现有通过掺水伴热控制回油温度的方式，通过人工按照预设的时间周期对现场进行巡检，并人工控制调整掺水量，使得工作效率较低、能源消耗较大本发明基于低功耗、高可靠的无线传感器网络技术产品，设计了由无线温度传感器节点、无线压力传感器节点、无线自动控制掺水阀、骨干网网关、中心监控计算机以及监控软件组成的掺水伴热控制系统， 将油田的单井通过物联网技术连接起来，集中进行自动监测、远程控制该装置施工简易、 无需停工、建设周期短，能够实时掌握生产动态，从而对掺水量进行远程精细控制，有效防范事故的发生，提高工作效率，大大降低能耗和劳动强度图1为本发明掺水伴热控制系统的结构示意图。

参见图1，该系统包括无线传感器节点、掺水伴热控制节点以及掺水阀节点，无线传感器节点通过无线网络与掺水伴热控制节点相连，掺水伴热控制节点通过无线网络与掺水阀节点相连，其中，无线传感器节点，安装在集油阀组间或采油井的回油管路上，将采集的回油温度信息、掺水压力信息以及回油压力信息输出至掺水伴热控制节点；掺水伴热控制节点，安装在集油阀组间、计量间或采油井口，接收无线传感器节点输出的信息，向与无线传感器节点同属一油井的掺水阀节点输出阀门开启角度信息，所述阀门开启角度信息是掺水伴热控制节点根据无线传感器节点输出的信息以及预先存储的掺水量专家数据库确定的； 掺水阀节点，接收掺水伴热控制节点输出的阀门开启角度信息，进行掺水量调整本实施例中，一口油井对应一个无线传感器节点以及一个掺水阀节点，一个或多个无线传感器节点对应一个掺水伴热控制节点，掺水伴热控制节点可以以中转站加热炉加热的高温水负责的油井数为单位，每一掺水伴热控制节点对应一个中转站加热炉当然，实际应用中，也可以在一口油井上设置多个无线传感器节点，也可以设置多个中转站加热炉对应一个掺水伴热控制节点在无线传感器节点输出回油温度信息、掺水压力信息以及回油压力信息时，携带无线传感器节点标识(ID，Identifier)信息。

掺水伴热控制节点存储的掺水量专家数据库中，包括有无线传感器节点标识与油井号的映射表，以及最佳回油温度、掺水管管径、长度、掺水压力、回油压力、所处季节、工作经验等参数模型，每口油井均根据参数模型计算有独立的回油温度、掺水压力、回油压力、 掺水量的对应关系曲线图在接收到无线传感器节点输出的回油温度信息、掺水压力信息以及回油压力信息后，根据无线传感器节点标识获取油井号信息，根据接收的回油温度信息、掺水压力信息以及回油压力信息，从对应关系曲线图中获取对应的当前掺水量信息，再获取最佳回油温度对应的最佳掺水量信息，根据最佳掺水量信息与当前掺水量信息确定需要调节的掺水量，换算为掺水阀节点的阀门需要开启的角度信息，即阀门开启角度信息其 中，无线传感器节点包括将采集的回油温度信息输出至掺水伴热控制节点的无线温度传感器节点以及将采集的掺水压力信息以及回油压力信息输出至掺水伴热控制节点的无线压力传感器节点在一实施例中，掺水伴热控制节点为骨干网网关在另一实施例中，掺水伴热控制节点包括骨干网网关以及中心监控计算机，其中，骨干网网关，安装在集油阀组间、计量间或采油井口，接收无线传感器节点输出的信息，输出至中心监控计算机；接收中心监控计算机输出的阀门开启角度信息，向与无线传感器节点同属一油井的掺水阀节点输出；中心监控计算机，接收骨干网网关输出的信息，向骨干网网关输出阀门开启角度信息，所述。