泵控泵技術(shù)在海一聯(lián)注水系統(tǒng)的應(yīng)用

馬強(qiáng)，陳麗，馮云亮

(1.中油遼河油田公司金馬油田開發(fā)公司，遼寧盤錦124010;2.東北石油大學(xué)，黑龍江大慶163318)

泵控泵技術(shù)在海一聯(lián)注水系統(tǒng)的應(yīng)用

馬強(qiáng)1，2，陳麗2，馮云亮1

(1.中油遼河油田公司金馬油田開發(fā)公司，遼寧盤錦124010;2.東北石油大學(xué)，黑龍江大慶163318)

注水開發(fā)油田的注水電耗占原油生產(chǎn)總成本的比例較大，為降低能耗，通過對泵站改造方案的比較和泵串聯(lián)特性分析，提出了用增壓泵控制串接大功率注水泵的泵控泵(Pump-Control-Pump)技術(shù)。PCP技術(shù)在海一聯(lián)合站注水系統(tǒng)的應(yīng)用，解決了注水泵泵效低、泵管壓差大、單耗高等問題，節(jié)能效果明顯。

海一聯(lián)合站;油田注水;泵控泵技術(shù);節(jié)能

油田注水是我國陸上油田開發(fā)中重要技術(shù)措施之一，它有效地補(bǔ)充了地層的能量，對提高原油采收率，確保油田高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)起到了積極的作用。然而注水系統(tǒng)的耗電量巨大，隨著油田綜合含水率的上升，注水能耗還將急劇上升。在注水地面生產(chǎn)系統(tǒng)能耗中，機(jī)泵損失占近40%［1］。因此高性能注水設(shè)備的自動(dòng)化及改造總體方案的優(yōu)化對提高注水系統(tǒng)效率具有重大意義。

1 注水泵運(yùn)行存在問題

遼河油田海一聯(lián)注水泵站安裝有DF160-150×11型注水泵3臺(tái)套，DF140-150×11型注水泵1臺(tái)套，其中1#、2#和4#注水泵裝有液力耦合器，正常生產(chǎn)運(yùn)行三臺(tái)機(jī)組，運(yùn)行狀況見表1。

表1 注水泵運(yùn)行狀況

注水泵運(yùn)行存在的主要問題為:

1)泵管壓差較大，無功損耗高。海一聯(lián)注水泵日注水量在9 456 m3，設(shè)計(jì)日注水量11 040 m3，注水泵出口閥門節(jié)流嚴(yán)重，泵管壓差(4.6 MPa)比較大，造成效率低、電耗能量大，注水生產(chǎn)成本大。造成此情況是由于不同時(shí)期油田開發(fā)配注量的調(diào)整，以及洗井、管道破裂等原因，使油層注入壓力和注入量處于變化中，造成注水泵排出量與配注量不匹配。為了適應(yīng)注水量變化的需求，一般通過人工調(diào)整開泵臺(tái)數(shù)或調(diào)節(jié)出口閥門來控制流量，泵機(jī)組在節(jié)流狀態(tài)下運(yùn)行，使得注水泵運(yùn)行偏離了高效區(qū)，且閥門處又因節(jié)流損失了大量的能量，如果人工調(diào)節(jié)不及時(shí)，將影響油田正常注水。

2)注水泵的壓力和流量沒有高效調(diào)節(jié)的手段。海一聯(lián)注水泵站1#、2#和4#注水泵的流量調(diào)節(jié)是通過液力耦合器來進(jìn)行。液力耦合器是一種耗能型的機(jī)械調(diào)速裝置，調(diào)速越深(轉(zhuǎn)速越低)損耗越大，特別是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于原傳動(dòng)輸入功率不變，損耗功率將轉(zhuǎn)速損失成比例增大，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化，原傳動(dòng)輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低，損耗功率相對小一些，但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小，調(diào)速效率仍然很低，一般的調(diào)速效率平均在50%左右。3#注水泵通過調(diào)節(jié)注水泵出口閥門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在配注量降低的工況下，注水泵閥門調(diào)節(jié)開度可以滿足注水需求，但會(huì)造成注水泵管壓差變大，無功損耗加大;在配注量增加時(shí)，超過注水泵排量時(shí)(注水泵電機(jī)不超限的最大排量)，閥門全開也不能滿足配注需求。

2 PCP技術(shù)

2.1 PCP技術(shù)原理

PCP技術(shù)是基于離心泵串聯(lián)和離心泵變頻技術(shù)，該技術(shù)改造的主要原理是對注水泵進(jìn)行拆級降負(fù)荷處理，在保證注水泵滿負(fù)荷運(yùn)行的前提下，用增壓調(diào)節(jié)泵來彌補(bǔ)不足的注水揚(yáng)程。注水泵其降負(fù)荷的多少主要依據(jù)注水干壓力和增壓調(diào)節(jié)泵的揚(yáng)程變化范圍，即注水干壓減去增壓調(diào)節(jié)泵的揚(yáng)程(一般取增壓調(diào)節(jié)泵額定揚(yáng)程的80%)為注水泵拆級后的揚(yáng)程，其中還要考慮注水泵的單級揚(yáng)程，盡可能地使注水泵所需揚(yáng)程為注水泵的單級揚(yáng)程的倍數(shù)。對注水泵減級降負(fù)荷和增壓調(diào)節(jié)泵進(jìn)行匹配，通過調(diào)節(jié)前端增壓調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，來改變增壓調(diào)節(jié)泵的輸出參數(shù)(排量和揚(yáng)程)，使注水泵始終工作在高效區(qū)(注水泵額定排量的±10%)，即注水泵滿負(fù)荷運(yùn)行，再通過增壓調(diào)節(jié)泵進(jìn)行注水干壓的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到降低注水單耗的目的［2］。

由于注水站注水量是一動(dòng)態(tài)變化量，在方案設(shè)計(jì)時(shí)一般按額定排量設(shè)計(jì)，因此在配注量小于注水泵額定排量時(shí)，若需要人為限流而且需要憋壓運(yùn)行時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)泵管壓差。PCP增壓調(diào)節(jié)泵為一寬頻泵，在電機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍較大的區(qū)間(25～50 Hz)均可運(yùn)行，而且增壓調(diào)節(jié)泵泵效變化不大。

PCP技術(shù)原理流程見圖1。該系統(tǒng)由一臺(tái)注水泵和一臺(tái)增壓調(diào)節(jié)泵、注水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)、增壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)及保證運(yùn)行的潤滑系統(tǒng)、水冷卻系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、儀表測控系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成［3］。

2.2 節(jié)能原理

2.2.1 主泵降負(fù)荷減級，降低泵管壓差

注水站為保證生產(chǎn)，一般主泵配備壓力會(huì)稍高，通過閥門不全打開，采用憋壓運(yùn)行(如果打開就會(huì)出現(xiàn)流量加大注水干壓提高，這樣就會(huì)出現(xiàn)超注或者超過注水管配壓要求)，這樣能源就浪費(fèi)在閥門上;采用PCP技術(shù)后，主泵進(jìn)行減級處理，主泵壓力等級降低(建站初期設(shè)計(jì)時(shí)泵的功率一般會(huì)有余量)，再由增壓調(diào)節(jié)泵來承擔(dān)部分壓力和流量的控制，保證系統(tǒng)壓力和流量的滿足，主注水泵出口閥門可以完全打開，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

2.2.2 改善注水泵工況

增壓泵的加入，提高了注水泵入口壓力，使注水泵的工作點(diǎn)向高效區(qū)移動(dòng)，從而改善了注水泵的工作狀況，因此其注水泵的效率得以增加。

2.2.3 高效泵替代部分低效負(fù)荷，提高系統(tǒng)效率

PCP技術(shù)的設(shè)計(jì)思想:原先完全由注水泵輸出的能量，現(xiàn)在由增壓泵來承擔(dān)一部分。由于注水泵是多級泵，泵效相對偏低，而增壓泵為平衡離心泵，泵效相對比較高。由高效率的增壓泵來替換低效率的注水泵(注水泵拆級后減小揚(yáng)程)，再加上增壓泵還可以進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，更進(jìn)一步節(jié)約能量。

2.2.4 注水系統(tǒng)與管網(wǎng)需求高效動(dòng)態(tài)匹配，不增加無用功

PCP技術(shù)改造后，在一定范圍內(nèi)，可根據(jù)配注需求，可進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)和流量的適應(yīng)變化，這樣可最大限度對泵管壓差進(jìn)行減少，直到趨于零。而泵管壓差的降低，實(shí)際上就是系統(tǒng)有用功率的提高，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

3 海一聯(lián)注水系統(tǒng)的PCP技術(shù)改造

海一聯(lián)1#和3#注水泵為DF160－150×11型注水泵，額定流量160 m3/h，單級揚(yáng)程150 m，對1#和3#注水泵進(jìn)行PCP技術(shù)改造，對1#和3#注水泵分別進(jìn)行匹配拆級處理(拆掉兩級)，1#和3#注水泵在額定排量160 m3/h時(shí)，注水揚(yáng)程下降300 m，對注水泵降級處理后，揚(yáng)程下降300 m，通過串聯(lián)匹配增壓調(diào)節(jié)泵，實(shí)現(xiàn)壓力、流量的調(diào)節(jié)。在注水流量為190 m3/h時(shí)，注水泵揚(yáng)程為1 200 m，此時(shí)開啟增壓調(diào)節(jié)泵(增壓調(diào)節(jié)泵調(diào)節(jié)范圍0.3～1.3 MPa)，則只需要開啟1#和3#注水泵及相匹配的PCP調(diào)節(jié)泵就可實(shí)現(xiàn)干壓12.5 MPa，流量380 m3/h的注水需求。這樣在系統(tǒng)排量和壓力有保障的的前提下滿足注水需求，最大限度節(jié)約能耗。系統(tǒng)工藝流程見圖2。

通過海一聯(lián)合站注水泵PCP技術(shù)改造，節(jié)能效果見表2。

表2 PCP技術(shù)節(jié)能效果

4 結(jié)論

PCP技術(shù)主要適用于油田注水泵站新建或改造，特別適合于油田大功率離心泵站的節(jié)能和壓力、流量調(diào)節(jié)改造。注水泵站應(yīng)用PCP技術(shù)后，可以實(shí)現(xiàn)注水壓力和流量自動(dòng)調(diào)節(jié)，且提高了泵站的自動(dòng)化水平，充分利用了原有設(shè)備，為泵站節(jié)能運(yùn)行提供了有效的控制手段。

［1］陳濤平，胡靖邦.石油工程［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2000.

［2］劉東升.油田注水生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2003.

［3］吳九輔.泵控泵自動(dòng)化注水泵站系統(tǒng)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2007.

Application of Pump Control Pump in Water Injection System for Hai-1

MA Qiang1，2，CHEN Li2，F(xiàn)ENG Yun-liang1
(1.Exploration Company of Jinma Oilfield，Liaohe Oilfield，Panjin 124010，Liaoning，China;2.Northeast Petroleum University，Daqing 163318，Heilongjiang，China)

The electric power consumption of water injection of oilfield accounts for a larger proportion of the total cost of production.By comparison of the reconstruction plan of pumping stations and pumping series characteristic analysis to reduce energy consumption，the paper presents the technology of power booster injection controlling high power pumps(Pump-Control-Pump).The application of PCP in water injection system for Hai-1 solved the problems of low pump efficiency，large pressure，and high consumption of injection pumps，which saved energy significantly.

Hai-1 station;oilfield water injection;pump control pump technology;energy saving

TE357.6

B

1008-9446(2011)01-0025-04

2011-02-21

馬強(qiáng)(1980－)，男，遼寧阜新人，遼河金馬油田開發(fā)公司生產(chǎn)技術(shù)科工程師，東北石油大學(xué)在讀工程碩士，從事采油管理工作。