PLC無線通訊終端在二氧化碳注氣開采石油中的應(yīng)用

一、應(yīng)用背景

在傳統(tǒng)的石油開采過程中，只能采收到地下原油儲層中約30%至40%的石油。二氧化碳強(qiáng)化石油開采技術(shù)是一種利用二氧化碳來提高石油采收率的技術(shù)。將工業(yè)尾氣中的二氧化碳被捕集起來，注入油田地下油層，把原油"驅(qū)趕”出來，同時(shí)就地封存。通過二氧化碳強(qiáng)化石油開采技術(shù)，可以將整個(gè)采收率提高到50%以上，從而提高石油資源的利用效率。按照1噸二氧化碳可驅(qū)出0.25噸原油計(jì)算，年增產(chǎn)原油約20余萬噸，從而實(shí)現(xiàn)石油增產(chǎn)和碳減排雙贏。

二氧化碳強(qiáng)化石油開采技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，它可以提高石油的采收率，從而延長了石油儲量的使用壽命。其次，二氧化碳是一種環(huán)保、可循環(huán)利用的氣體，不會對環(huán)境造成污染。此外，二氧化碳強(qiáng)化石油開采技術(shù)還可以減少溫室氣體的排放，有利于應(yīng)對氣候變化。該技術(shù)對搭建“人工碳循環(huán)”模式具有重要意義，成功助力我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

二、現(xiàn)場需求

某油田鉆探井下技術(shù)作業(yè)公司，是集生產(chǎn)科研、技術(shù)服務(wù)于一體的油田工程技術(shù)服務(wù)企業(yè)。某西安車輛制造廠本次承接的液態(tài)二氧化碳儲罐項(xiàng)目，主要用于二氧化碳強(qiáng)化石油開采技術(shù)。

二氧化碳強(qiáng)化石油開采技術(shù)，須先深入了解石油儲層的地質(zhì)特征和二氧化碳的作用機(jī)制。現(xiàn)場有8輛二氧化碳罐裝車，每輛罐車上有4臺液態(tài)二氧化碳儲罐，每臺罐的尾部都裝有一臺西門子S7-200 smart PLC。在注入二氧化碳的過程中，中控室S7-1500 PLC嚴(yán)密監(jiān)測現(xiàn)場多臺液態(tài)儲存罐體內(nèi)的流量、壓力、液位、溫度信號等參數(shù)，并在HMI端顯示，可以實(shí)時(shí)優(yōu)化注入?yún)?shù)和流體流動(dòng)模式。

由于長時(shí)間暴露在高溫、高壓和含有腐蝕性物質(zhì)的環(huán)境下，油田的管線易被腐蝕損壞，更換和維護(hù)成本大，不方便布線。因此采用無線方式來實(shí)現(xiàn)碳儲罐體與中控室之間的無線通訊需求，從而降低和減少事故發(fā)生，提高安全系數(shù)。

設(shè)計(jì)要求：

1.中控室西門子S7-1500PLC需要實(shí)時(shí)監(jiān)控在二氧化碳注氣過程中，碳儲罐內(nèi)的流量、壓力、液位、溫度信號等數(shù)據(jù)。

2.碳儲罐采用西門子S7-200SMART PLC采集各項(xiàng)參數(shù),遠(yuǎn)程傳輸?shù)街锌厥襍7-1500PLC端。

3.中控室、二氧化碳罐裝車距離200米左右，中間有鋼架等隔擋物。

三、無線解決方案

由于石油開采現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，有很大的安全隱患，無線方案的設(shè)計(jì)還需考慮到同時(shí)傳輸多臺罐體的數(shù)據(jù)，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測注入過程中二氧化碳的相態(tài)變化。穩(wěn)定和高實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)交互，可以及時(shí)調(diào)整和維護(hù)注氣參數(shù)，避免影響地層滲流影響石油的流動(dòng)和開采率。

考慮上述因素，達(dá)泰PLC無線通訊專家決定使用33塊達(dá)泰DTD418MB西門子PLC無線通訊終端，通過RJ45接口在S7協(xié)議下，完成中控室和罐體1主32從的PLC無線以太網(wǎng)通訊。在中控室S7-1500 PLC端及32臺碳儲罐的S7-200 SMART端分別安裝一塊達(dá)泰DTD418MB西門子PLC無線通訊終端，即可以實(shí)現(xiàn)中控室與32臺碳儲罐之間數(shù)據(jù)無線傳輸。不僅提高了石油資源的開采利用率，而且對于減少碳排放、推動(dòng)綠色能源發(fā)展具有重大意義。

無線通訊方案示意圖 ▼

四、無線方案的好處

1. 節(jié)省改造周期及維護(hù)成本，提高生產(chǎn)效率：免除布線維護(hù)困擾，操作安全性、連貫性及開采效率大幅度提高。

2. 多套無線通訊終端同時(shí)使用，互不干擾：無線通訊終端的內(nèi)部程序采用信道加密單一通信，即使多臺無線設(shè)備同時(shí)工作，也不會出現(xiàn)設(shè)備互相干擾的情況。

3. 實(shí)現(xiàn)石油增產(chǎn)和碳減排雙贏：顯著提高石油采收率，降低碳排放，配合支撐石化能源企業(yè)綠色低碳持續(xù)發(fā)展，持續(xù)為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)作出重要貢獻(xiàn)。

4. 安裝簡便，接線即用：可以直接代替有線以太網(wǎng)線，兼容主流PLC通訊協(xié)議。通電接線即可使用，不需要編程，電工就可以安裝。

5. 獨(dú)立組網(wǎng)，無運(yùn)行費(fèi)用：該設(shè)備采用的是達(dá)泰全數(shù)字無線加密傳輸方式，不依賴云平臺或廠區(qū)局域網(wǎng)搭建，屬于無線自組網(wǎng)通訊方式，后期無運(yùn)行費(fèi)用。

審核編輯 黃宇