油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统研究现状

李艳

油田注汽锅炉蒸汽干度控制系统研究现状

一：国外注汽锅炉蒸汽千度控制系统的研究现状

  自从1959年美国首先在世界上进行注蒸汽开采稠油试验以来，注蒸汽采油技术己在加拿大、印度尼西亚和土耳其等国得到广泛应用。美国桑特菲能源公司1983 年5月制造了蒸汽干度监控器样机，安装在克恩河油田的SG-143锅炉上。用测量湿饱和蒸汽溶解固体总粘度和物料平衡法进行比较，系统起动非常平稳。该控制器通过与串行通讯与实现管理功能的小型计算机联接，能自动或根据操作者命令报告锅炉的工作状况，然后由管理计算机根据接收的数据做出报告，分析数据并画出图表，可自动打印每月每日记录的数据，包括注汽锅炉运转时间、燃料消耗量和产生的蒸汽数量等。操作者在校正处理设定范围以外的变化之后，就能立即看到燃料流量和注汽参数的修正。进入上世纪90年代，美国克恩河(KERVN)油田、德士占(TEXACO)石油公司等大型稠油油田采用蒸汽传输过程中的蒸汽驱监测等技术，经过蒸汽驱开采，采收率达到80%，主要采取了以下控制系统:

(1)蒸汽锅炉集中供热和热电联供保证井下较高的蒸汽干度，使注入地层的蒸汽千度达到90%左右。可为油田提供551t/b蒸汽。运行测试表明，该系统大大减少了蒸汽生，产成本，获得了显著的综合效益。

(2)计量站和联合管理站高度自动化。随时，可以了解每口井、每个站的产油、产水和含水。

  近年来国外不断将先进的控制技术运用到注汽锅炉中，其中美国休斯敦热力系统公司、美国斯特拉萨热力公司等厂家均提出了自己的控制系统模型，美国Zworld公司生产出CRC-GD2001型油田注汽锅炉蒸汽干度控制仪。最具有代表性的是美国博软(SYBOSOFT)公司提出MFA(Model-Free Adaptive)注 汽锅炉控制模型，已取得较好的控制效果。
  MFA实际上是一种人工神经网络模型，该控制器在设计上采用了一个多层感知器结构的人工神经网络(ANN)，有一个输入层、一个具有N个神经元的隐含层和-一个只有一个神经元的输出层。其单输入单输出控制器结构如图所示：

  在这个神经网络中有一组可以根据需要而改变的权重因子(W, 和h)，从而对控制器的行为进行调整。更新权重因子的算法是以缩小设定值与过程变量之间的偏差为目标。由于其效果与控制目标是一致的，因此，采用权重因子能帮助控制器在过程动态特性发生变化的时候减小偏差。此外，基于人工神经网络的MFA控制器保存了一部分历史数据，为了解过程动态特性提供有价值的信息。MFA无需过程辨识，是一种基于非参数模型的控制器。一旦配置好后， 随时能投运MFA控制器，并立刻对过程进行控制。可随时将MFA控制器在自动和手动之间进行切换，无需特殊的无扰动切换步骤。SYBOSOFT公司提出的基于MFA控制模型的注汽锅炉控制系统，能自动调整空气和燃料的比例，提高了燃烧效率，并将蒸汽干度保持在某-范围内。目前，基于MFA控制模型的注汽锅炉控制系统得到了广泛的应用，在国内，中石油已经在辽河油田的某注汽锅炉上实现了多变量MFA控制，并取得了较好的控制效果。

二：国内注汽锅炉蒸汽干度控制系统的研究现状

  自20世纪80年代中石油辽河油田高升采油厂引进第一台注汽锅炉以来，美国热力公司HSMC公司、日本川崎KAWASAKI等公司曾与上海四方锅炉厂等公司合作生产注汽锅炉。上世纪90年代末期注汽锅炉已经实现了国产化. 上海四方锅炉厂和中国石油天然气第八建设公司设计和生产了目前国内大多数注汽锅炉。国内油用注汽锅炉的控制系统大多数是上世纪80年代引进的国外设备，采用传统的仪表监控和手动控制方式控制效率较低，从而导致能源的巨大浪费，热采效率难以提高。同时由于注汽锅炉是一个非线性分布参数、大延时、强耦合的被控对象，传统PID控制方式的效果并不理想。因此国内各科研院所和厂矿企业对注汽锅炉控制系统的技术改造投入了大量的人力和资金，取得了一定的效果。目前国内提出的注汽锅炉控制系统主要有以下几类:串级PID控制、模糊-PID双模控制器、多变量预测控制等几种控制方案。

内容来源：大连理工大学孙健硕士论文