聚合物配注系統(tǒng)能耗節(jié)點參數(shù)優(yōu)化

王文慶 王廣宇（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠試驗大隊）

隨著喇嘛甸油田聚合物驅(qū)油技術(shù)大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用，新增用能負(fù)荷與節(jié)能減排的矛盾日益突出，節(jié)能難度也越來越大；為此，需要加強(qiáng)聚合物配注系統(tǒng)的能耗管理與優(yōu)化，挖掘節(jié)能潛力，控制配注系統(tǒng)的能耗節(jié)點，降低配注系統(tǒng)的能量消耗。

1 配注系統(tǒng)能耗分析

配注系統(tǒng)能耗主要包括聚合物配制過程中的配制能耗和聚合物溶液注入過程中的注入能耗。配制過程能耗節(jié)點包括分散初溶過程、母液熟化過程和聚合物溶液從配制站向注入站輸送母液的外輸過程，注入過程能耗節(jié)點主要是注入泵的電能消耗。近幾年喇嘛甸油田配注系統(tǒng)耗電量統(tǒng)計：2009年為3450×104kWh，2010年為3850×104kWh，2011年達(dá)到了4160×104kWh，其中配制過程、注入過程分別占電能消耗的26%和74%。因此，控制配制過程、注入過程的能耗節(jié)點是減少配注系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵。

2 配制過程能耗節(jié)點控制

2.1 優(yōu)化分散初溶過程

分散初溶過程是母液配制的最初環(huán)節(jié)，以聚喇1#配制站分散系統(tǒng)進(jìn)行母液分散初溶過程耗電為例進(jìn)行分析（表1）。聚喇1#配制站共有A、B兩套分散系統(tǒng)，采用微機(jī)自動控制運行，分別由1#、2#兩臺清水泵提供配制用水，運行時清水泵在額定排量下運行，造成整套分散設(shè)備頻繁啟停。通過為1#、2#清水泵加裝變頻器，控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制清水流量，使兩套分散系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)配制，每天可以降低耗電600kWh左右。

表1 聚喇1#配制站優(yōu)化分散初溶過程前后對比

2.2 控制母液的熟化時間

母液的熟化時間根據(jù)不同相對分子質(zhì)量一般規(guī)定為140～240min[1]。為降低熟化過程的電能消耗，在實驗室分別用大慶鹽水配制相對分子質(zhì)量1900×104、2500×104和3500×104，濃度為5000mg/L的聚合物母液溶液，定時取樣，稀釋至1000mg/L后檢測溶液黏度、聚合物母液是否熟化完全和溶解是否均勻，通過實驗數(shù)據(jù)繪制熟化時間曲線（圖1）。

從熟化時間曲線分析，中分子量聚合物干粉熟化時間控制在120min，高分子量聚合物干粉和超高分子抗鹽聚合物干粉熟化時間控制在190min即可達(dá)到熟化要求。實驗室和現(xiàn)場井口取樣結(jié)果表明，控制聚合物干粉熟化時間能夠滿足現(xiàn)場指標(biāo)注入要求，日耗電也比以往分別降低350、850、1100kWh，既保證了配制質(zhì)量又降低了電能消耗（表2）。

圖1 熟化時間曲線

表2 控制熟化時間前后對比

2.3 調(diào)整熟化罐液位值

聚喇2#配制站共有100m3的熟化罐12個，為南中西5座注入站提供母液。使用干粉為相對分子質(zhì)量3500×104的超高分子抗鹽聚合物，母液濃度為6500mg/L，熟化時間為240min，平均輸送母液量2800m3/d。因為聚合物干粉相對分子質(zhì)量高，配制濃度高，所以需要熟化時間較長。

原熟化罐的高低液位設(shè)定值分別為80%、20%,1個熟化罐的熟化容量為60m3，如果將高低液位值調(diào)整為85%、15%，熟化罐容量就提高10個百分點，每罐液熟化量多出10m3，現(xiàn)有的熟化工藝仍然能夠滿足要求。目前的配制量需要熟化46罐母液，通過調(diào)整后只需要熟化40罐母液就能滿足注入要求量，1天減少了6罐母液的熟化量，1罐母液的熟化時間為3h10min，電動機(jī)的功率為45kW，因此每天可以節(jié)約用電864kWh，降低了熟化系統(tǒng)的運行能耗。

2.4 減少外輸泵的運行臺數(shù)

外輸系統(tǒng)是配制站的總輸出環(huán)節(jié)，分散和熟化的工作狀況要根據(jù)外輸狀況進(jìn)行控制，原外輸系統(tǒng)采用的是單泵單站外輸模式，這種外輸模式存在兩大缺點：一是運行不平穩(wěn)，設(shè)備間歇啟停，外輸設(shè)備故障頻繁；二是外輸壓力大，能耗較高。因此應(yīng)該盡可能地使外輸泵連續(xù)運行，母液外輸量在各時段平均分配。采用一泵兩站的外輸泵運行方式對外輸系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在原有工藝流程上增加了流量調(diào)節(jié)器，自動對兩座注入站的外輸量進(jìn)行分配。

從聚喇3#配制站開展的一泵兩站外輸流程試驗效果來看，外輸泵對兩座注入站實現(xiàn)連續(xù)供液使注入站儲液槽液位保持穩(wěn)定時，外輸泵的工作頻率在39Hz，工作時的電流為26A，每天消耗電能410 kWh，比單泵單站臺泵的供液方式減少1臺泵的耗電量；從運行時間來看一泵兩站的運行時間接近單泵單站臺泵的2倍，但是外輸壓力降低了0.25MPa左右，外輸頻率降低，耗電量減小。更重要的是，泵的啟停次數(shù)減少為原來的1/3，運行更加平穩(wěn)，外輸泵的啟停頻次大大減少，基本上達(dá)到了連續(xù)運行的目的，使注入站儲罐液位保持穩(wěn)定，避免了由于原間歇運行方式造成冬季凍管線的危險。

通過對配制系統(tǒng)過程的節(jié)點控制，配制母液濃度平均為6000mg/L時，單耗由3.37kWh/m3下降至2.54kWh/m3，降低了配制過程的電能消耗。

3 注入過程中能耗節(jié)點控制

3.1 合理調(diào)整注入泵運行頻率

注入泵在注入不同黏度的母液和采用不同注入工藝方式時，其單耗也有所不同。通過注入數(shù)據(jù)分析，在采用單泵單井注入工藝流程，注入母液黏度為2100mPa·s時，母液單耗為3.93kWh/m3；在采用一泵多井注入工藝流程，注入母液黏度為2800 mPa·s時，母液單耗為4.88kWh/m3。從母液單耗分析，在注入不同黏度的母液時，采用單泵單井工藝流程注入方式比采用一泵多井工藝流程注入方式的單耗要少，其原因一是采用一泵多井工藝流程的注入方式因各注入井注入壓力不同，注聚泵需工作在最高注入井的壓力上；二是黏度的不同使注聚泵的泵效也有所變化，注入黏度高，單耗也相應(yīng)增加（圖2）。

圖2 流量與運行頻率關(guān)系曲線

從單泵單井和一泵多井流量與運行曲線分析，如果電動機(jī)的運行頻率低于35Hz，會造成泵效低，達(dá)不到地質(zhì)方案注入要求；電動機(jī)轉(zhuǎn)速變低，低轉(zhuǎn)速運行會使風(fēng)量變小，散熱效果變差，電動機(jī)發(fā)熱量變大，長時間運行容易燒毀普通三相異步電動機(jī)；低轉(zhuǎn)速長期運行也會使注入泵的曲軸和軸瓦之間潤滑不良，造成泵的損壞。當(dāng)變頻器的運行頻率工作在45Hz以上時，泵的輸出排量只增加0.12 m3/h，但工作電流卻增加3.5A。綜合以上，將變頻器的運行頻率調(diào)整在40～45Hz之間，能達(dá)到泵的最大使用效率，節(jié)電效果明顯并且不會對機(jī)泵造成損壞。

以聚喇4-4#注入站的所有注入單井運行耗電進(jìn)行試驗，聚喇4-4#注入站為單泵單井注入工藝，所使用的注入泵均為科達(dá)泵，注入母液黏度2100 mPa·s，全站每天耗電2400kWh，在滿足地質(zhì)注入方案前提下，通過減小柱塞的直徑、更換皮帶輪減少注入泵的沖速，降低了泵的磨損和一部分電能消耗，再將變頻器的運行頻率調(diào)整在40～45Hz之間，全站降低電能消耗11%左右。

在采用一泵多井注入工藝流程的聚喇3-6#注入站，所使用的注入泵型號為QH-42-16,理論排量4.25m3/h,柱塞直徑42mm，沖速40min-1，電動機(jī)皮帶輪直徑150mm，配用電動機(jī)功率30kW，注入母液黏度2800mPa·s，泵輸出壓力12.2MPa。首先將注入泵的柱塞直徑更換成45mm，其他參數(shù)不變，調(diào)整后其理論排量應(yīng)在5m3/h，但因其泵效原因?qū)嶋H輸出排量為4.1m3/h，泵效為0.82，工作電流35A，每天耗電量553kWh。加入變頻器調(diào)整運行頻率，使其輸出流量為4.1m3/h，其變頻器的輸入電流27A，每天耗電量426kWh，節(jié)電率為23%。

3.2 注聚壓力編組運行

北北一區(qū)4座注入站采用的是一泵多井注入工藝，上返初期分別對地層剖面進(jìn)行了調(diào)整。由于原注入模式是多臺泵共同串聯(lián)在同一條匯管上，不同單井注入壓力和系統(tǒng)工作壓力各不相同，各單井的注入壓力上升幅度不同，導(dǎo)致單井注入壓力差異較大。為了滿足幾口注入壓力高的井的注入要求，就必須使匯管壓力達(dá)到最高，從而使整個注聚系統(tǒng)始終在較高壓力狀態(tài)下運行，造成部分井壓力損失嚴(yán)重，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗增加[2]。

在一泵多井工藝中可以根據(jù)注入壓力的變化與注入量的要求，采取壓力編組（表3）的方法，把壓力相當(dāng)?shù)木幍揭唤M，分為高、中、低3組，采用單泵對應(yīng)單套編組，這樣可以適當(dāng)降低中、低組泵的運行壓力2.0MPa以上，不需要使整個匯管都保持在較高的壓力狀態(tài)。采取壓力編組方式運行后降低了單套編組的運行壓力，減少了注聚泵之間的互相干擾，保證了注聚指標(biāo)的精準(zhǔn)度，可以使整個系統(tǒng)降低11.8%的能耗。

表3 聚喇3-6#注入站壓力編組情況

通過對注入過程的節(jié)點控制，注入母液濃度為2500mg/L時，單耗由2.57kWh/m3下降至1.78kWh/m3，降低了注入過程的電能消耗。

4 經(jīng)濟(jì)效益

通過對配制系統(tǒng)、注入系統(tǒng)各節(jié)點的參數(shù)優(yōu)化，達(dá)到了從配制到注入過程能耗的整合控制，年減少耗電385×104kWh，節(jié)約標(biāo)煤1540t。

表4 節(jié)能措施經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)計

5 結(jié)論

1）優(yōu)化控制配制過程中的母液初溶時間、母液熟化時間，調(diào)整熟化罐高低液位值和母液外輸過程中泵的運行臺數(shù)等幾個節(jié)點參數(shù)，降低了配制過程中能耗4%左右。

2）通過優(yōu)化注入過程中注聚泵的運行頻率，一泵多井采取壓力編組運行方式，以及確定系統(tǒng)的最佳運行點，降低了注入過程中能耗6%左右。

[1]李杰訓(xùn).聚合物驅(qū)油地面工程技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社,2008(10)：17-35.

[2]丁延國.聚合物配制系統(tǒng)工藝優(yōu)化技術(shù)研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2000(4)：42-43.