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油田注水泵節(jié)能降耗研究

作者：漢諾泵業(yè) 發(fā)布時間：2019-01-24 10:55

注水采油是油田提高原油采收率的主要方法

，注水可彌補(bǔ)原油采出后所造成的地下虧空

，保持合理的地層壓力。注水泵是油田注水系統(tǒng)中的重要設(shè)備

，是油田注水生產(chǎn)系統(tǒng)的動力之源。A廠油田開發(fā)生產(chǎn)已進(jìn)入中

、后期

，注水量和注水壓力持續(xù)上升，采出水回注量持續(xù)增加

，造成原有注水泵維修頻次高

、泵效低、能耗高

。面對油價持續(xù)低迷、生產(chǎn)成本大幅削減嚴(yán)重形勢

，A廠積極引進(jìn)并應(yīng)用注水泵節(jié)能降耗技術(shù)

，優(yōu)化注水泵運(yùn)行參數(shù)，不僅有效提高了注水泵機(jī)組效率

，全面提升了注水生產(chǎn)系統(tǒng)效率，大幅度降低注水系統(tǒng)用電能耗

，對油田原油生產(chǎn)“有質(zhì)量

、有效益、可持續(xù)”發(fā)展具有重要意義

。

1A廠注水泵運(yùn)行現(xiàn)狀

A廠共有注水井2389口

，開井2190口

，日注水量65887m3

，2016年注水量達(dá)到2267萬m3，現(xiàn)有注水站78座

，在用注水泵撬295臺（套）

，其中污水注水泵134臺，清水注水泵161臺

，電機(jī)總?cè)萘?.4萬kW

，注水單耗6.8kW?h/m3，其中注水系統(tǒng)用電量約占總用電量的30%（圖1）

。注水泵能耗損失較高的主要原因有4個方面

，一是采出水對注水泵液力端泵閥腐蝕嚴(yán)重，造成原設(shè)計(jì)為清水的注水泵液力端維修頻次高

、泵效低；二是注水泵和站點(diǎn)注水量不匹配

，使高壓水打回流

，造成電能浪費(fèi)；三是站點(diǎn)配注量變化后

，注水泵的運(yùn)行方式?jīng)]有及時結(jié)合配注量進(jìn)行調(diào)整，無法使注水泵好的狀態(tài)下運(yùn)行

。四是注水泵電機(jī)不符合《中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及能效等級》（GB18613—2012）要求

，電機(jī)自身能耗較高。

2注水泵節(jié)能降耗技術(shù)

2.1主要應(yīng)用的技術(shù)2.1.1節(jié)能高效注水泵的應(yīng)用由于注采出水過程中受水質(zhì)腐蝕

、含顆粒物等因素影響

，造成注水泵液力端配件機(jī)械磨損嚴(yán)重

、維修頻繁

，排量下降、泵機(jī)組效率低于節(jié)能監(jiān)測限定值

，普通分體式閥組無法適應(yīng)注采出水要求，出現(xiàn)液力端主要配件使用壽命不足120h

，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命720h的要求

。A廠通過研究并引進(jìn)節(jié)能液力端

，該液力端采用T字形結(jié)構(gòu)液力端結(jié)構(gòu)

，T形孔較十字孔能大幅度緩解工作腔內(nèi)倒角及其附近的應(yīng)力集中現(xiàn)象；螺旋導(dǎo)向復(fù)合密封錐形組合閥組

，金屬閥板錐面上結(jié)合非金屬密封材料

，改善了密封性能

；閥芯導(dǎo)向翼從直線型過渡到帶一定角度型

，可使閥芯在上下運(yùn)動時360°稍有轉(zhuǎn)動，使閥結(jié)合面均勻磨損

，自行修復(fù)

，提高閥的壽命（圖2）

；柱塞自動調(diào)心技術(shù)

、柱塞填料密封同步隔離技術(shù)

、蓄能器的改進(jìn)、改性密封組件等技術(shù)

，延長液力端主要配件使用壽命達(dá)到2800h以上

，有效提高了注水泵泵效，降低了注水泵液力端維修頻次（圖3）

。注水泵液力端改造前的機(jī)組效率測試數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果（略）。截止2017年先后改造65臺注水泵機(jī)組

，經(jīng)長慶技術(shù)監(jiān)測中心（依據(jù)SY/T6275—2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》）對柳三轉(zhuǎn)等24臺注水泵進(jìn)行改造前后能耗監(jiān)測

，對比24臺注水泵監(jiān)測結(jié)果表明，改造前注水泵平均機(jī)組效率72.28%

，改造后注水泵平均機(jī)組效率80.55%

，項(xiàng)目改造使注水泵機(jī)組效率平均提高8.27%。以機(jī)組效率和耗電量計(jì)算節(jié)能量

，合計(jì)節(jié)電量為248.91×104kW?h/a

，折算綜合節(jié)能量為831.36tce/a。表1

、表2為長慶油田環(huán)境與節(jié)能監(jiān)測評價中心的注水泵改造前后節(jié)能監(jiān)測報告數(shù)據(jù)對比情況。注水泵液力端改造后的機(jī)組效率測試數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果（略）

，注水泵液力端改造節(jié)能量計(jì)算表（略）

。2.1.2高耗能注水泵電機(jī)更換高效電機(jī)是指達(dá)到或優(yōu)于《中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及能效等級》（GB18613—2012）標(biāo)準(zhǔn)中節(jié)能評價值的電機(jī)。高效電機(jī)通過降低電機(jī)定子繞組電阻損失

、電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組電阻損失

、電機(jī)鐵耗損失、電機(jī)雜散損失

、電機(jī)摩擦損失及流動損失，提高電機(jī)效率

。我國目前廣泛應(yīng)用的Y系列電機(jī)效率平均值為87.3％

；高效電機(jī)的效率平均值為90.3％，超高效電機(jī)其效率平均值為91.7％

。A廠2017年通過對91臺Y系列注水泵電機(jī)（總功率為19590kW）更換為2級的高效節(jié)能電機(jī)后

，有效提高了注水泵電機(jī)效率。改造后電機(jī)效率提高3%

，按照平均負(fù)載率80%

，利用率0.7計(jì)算

，每年可節(jié)電288.3萬kW?h，節(jié)省電費(fèi)184.52萬元人民幣（圖4）

。2.1.3注水自動穩(wěn)壓系統(tǒng)應(yīng)用截止到目前A廠已實(shí)現(xiàn)110臺注水泵壓力自動調(diào)節(jié)

，該系統(tǒng)具備了較高的可靠性和穩(wěn)定性，安裝后可實(shí)現(xiàn)完全關(guān)閉回流注水

，通過自動穩(wěn)壓系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)節(jié)注水壓力

，大幅度減少注水機(jī)泵和閥門的維修費(fèi)用，減輕人員的勞動強(qiáng)度

，達(dá)到提高注水系統(tǒng)效率和節(jié)能降耗的目的

。2.1.4局部增壓技術(shù)應(yīng)用對于個別井注水壓力高的情況采用局部安裝注水撬或增壓泵，不需要注水系統(tǒng)整體升壓改造

，可以降低投資

，達(dá)到節(jié)能降耗的目的

。A廠自2008年開始在塞392區(qū)產(chǎn)建使用第一臺注水撬

，經(jīng)過8a的試點(diǎn)、推廣

，目前已在全廠13個作業(yè)區(qū)推廣使用不同型號的各種注水撬60臺

。2.2優(yōu)化注水泵運(yùn)行參數(shù)由于注水泵現(xiàn)場配注量的調(diào)整，以及注水泵安裝后參數(shù)通過變頻器（控制柜）調(diào)節(jié)范圍小

，往往造成注水泵設(shè)備無法在好的綜合效率下運(yùn)行。因此

，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中需要對注水泵的參數(shù)結(jié)合每個站點(diǎn)的配注量和注水壓力

、以及注水泵本身的負(fù)荷情況進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)注水泵在節(jié)能

、高效狀態(tài)下運(yùn)行

。注水泵參數(shù)優(yōu)化改造

，依據(jù)注水泵理論排量=3.14×直徑2/4×沖程×沖次×缸數(shù)×60；注水泵電機(jī)功率=排量×壓力0.287×1.25

；窄V帶小皮帶輪下限有效直徑9N/9J≥67mm

，15N/15J≥180mm，25N/25J≥315mm

；功率和轉(zhuǎn)速關(guān)系P1/P2=（n1/n2）22.2.1改變注水泵缸數(shù)調(diào)節(jié)注水泵排量改造前

，大水坑鹽一轉(zhuǎn)注水泵型號5ZB400-35/25A

，額定排量35m3/h

，額定壓力25MPa

，配注量14m3/h，泵出口壓力21MPa

，配套有變頻器并安裝有自動穩(wěn)壓系統(tǒng)

。關(guān)閉回流情況下，變頻器運(yùn)行頻率為20Hz

，運(yùn)行過程頻繁因變頻器輸出電流過高（超過550A）自動保護(hù)停機(jī)，電機(jī)運(yùn)行頻率過低容易造成電機(jī)散熱差燒壞電機(jī)

，頻率較低造成注水泵動力端轉(zhuǎn)速較低（轉(zhuǎn)速為91.6r/min）影響動力端正常潤滑

，進(jìn)而嚴(yán)重影響注水泵正常運(yùn)行。采取抽掉2根柱塞

，注水泵由原來的5缸泵改為3缸泵的改造方案

。改造后運(yùn)行頻率45Hz

，變頻器輸出電流350A

，運(yùn)行正常。改造后

，降低了注水泵額定排量

，提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，確保注水泵動力端合理潤滑

。相比降低柱塞直徑，改造成本較低

，且排量調(diào)節(jié)范圍大

。預(yù)計(jì)年節(jié)電量40萬kW?h。2.2.2注水泵沖次“大改小”（1）皮帶輪調(diào)節(jié)沖次

。改造前

，胡尖山元二增注水泵型號3175Pa-B3，額定排量16.6m3/h

，額定壓力20MPa，沖次228次

，電機(jī)功率110kW

，電機(jī)型號YB2-315L1-6，配注量7m?/h

，實(shí)際注水壓力15MPa

，運(yùn)行電流140A，使用回流控制排量（未配套變頻器，通過控制柜啟動）

。采用更換1個132次（直徑170mm）的小皮帶輪的改造方案。改造后運(yùn)行電流97A

，預(yù)計(jì)年節(jié)電8萬kW?h

，節(jié)省修理費(fèi)0.5萬元人民幣。改造后

，降低了注水泵額定排量

，提高注水泵泵效，注水泵的整體負(fù)荷降低

。相比降低柱塞直徑，改造成本較低

，可操作性較高

。（2）更換電機(jī)、改變電機(jī)級數(shù)調(diào)節(jié)沖次

。改造前

，胡尖山作業(yè)區(qū)原162站注水泵型號3175Pb-A7，額定排量25m3/h

，額定壓力20MPa，柱塞直徑55mm

，沖次325次

，電機(jī)功率160kW，電機(jī)型號Y315L-4

。配注量13m3/h

，變頻器頻率36Hz，注水壓力19MPa

，使用回流控制排量。存在使用變頻器

，同時還要開回流

，因壓力高頻率過低時，變頻器超載自動保護(hù)停機(jī)等問題

。改造后

，更換1臺6極160kW電機(jī)，額定轉(zhuǎn)數(shù)降低33%（由1485r/min降低到985r/min）

，變頻器的頻率提高12Hz，同時對變頻器加裝PID自動穩(wěn)壓系統(tǒng)

，實(shí)現(xiàn)自動恒壓注水

，完全關(guān)閉回流。臺泵預(yù)計(jì)年節(jié)電10萬kW?h

，節(jié)省修理費(fèi)0.5萬元人民幣（圖5）

。2.3注水泵沖次“小改大”改造前，五里灣一區(qū)南二注3臺注水泵型號5ST175-37.4/25

，排量37.4m3/h，壓力25MPa

，沖次230次

，電機(jī)功率315kW，電機(jī)型號YFBP4002-6

。配注量76m3/h

，注水壓力（18～19）MPa，啟用3臺注水泵運(yùn)行（1#頻率50Hz

，2#頻率33Hz

，3#頻率33Hz）

。由于2臺注水泵無法達(dá)到配注要求

，且注水壓力較低，電機(jī)負(fù)荷余量大

，更換注水泵電機(jī)皮帶輪

，調(diào)整注水量為42m3/h的注水泵，沖次由230次調(diào)高到257次

。對2#和3#注水泵變頻器50Hz的上限頻率進(jìn)行解鎖，實(shí)現(xiàn)變頻器頻率最高上限達(dá)到60Hz

。改造后

，由原來啟用3臺注水泵改為啟用2臺注水泵，2臺注水泵的運(yùn)行頻率均為54Hz

，同時安裝PID自動穩(wěn)壓系統(tǒng)

，實(shí)現(xiàn)完全關(guān)閉回流自動恒壓注水。改造后總耗電量（改造前3臺注水泵電流分別為1#泵400A

，2#泵370A

，3#泵370A

。改造后2臺注水泵電流均為440A）降低260A

，預(yù)計(jì)年節(jié)省電費(fèi)53萬元人民幣

。通過改造停用1臺注水泵，節(jié)省修理費(fèi)預(yù)計(jì)2萬元人民幣

。

3結(jié)論及認(rèn)識

通過研究并引進(jìn)應(yīng)用先進(jìn)注水泵液力端技術(shù)

，延長液力端主要配件使用壽命達(dá)到2800h以上，對比24臺注水泵監(jiān)測結(jié)果注水泵機(jī)組效率平均提高8.27%

。更換注水泵高效電機(jī)，實(shí)現(xiàn)注水泵電機(jī)效率提高3%

；加裝注水自動穩(wěn)壓系統(tǒng)

，通過自動穩(wěn)壓系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)節(jié)注水壓力，實(shí)現(xiàn)完全關(guān)閉回流注水

。結(jié)合各個注水站點(diǎn)的實(shí)際情況

，選擇注水泵技改方案對注水泵進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化改造，使注水泵在節(jié)能

、高效狀態(tài)下平穩(wěn)運(yùn)行。通過注水泵節(jié)能改造

，大大延長注水泵無故障運(yùn)行周期

，同時通過自動穩(wěn)壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用，減少操作人員的勞動強(qiáng)度

，為后期無人值守注水站提供硬件支撐

。目前A廠部分站點(diǎn)注水泵可實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)控運(yùn)行+定期保養(yǎng)模式，站點(diǎn)操作人員日常僅通過SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition

，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)對單井配水情況進(jìn)行調(diào)節(jié)即可，注水泵運(yùn)行效率大大提高

，注水泵房運(yùn)行安全風(fēng)險降低

。

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