變頻裝置在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

夏建聰（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠(chǎng)）

目前，國(guó)內(nèi)一些油田的開(kāi)發(fā)已基本進(jìn)入中后期，大慶油田進(jìn)入特高含水期后，油田生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，勘探開(kāi)發(fā)投資壓力不斷增大，加之水、電等主要物耗價(jià)格上漲，成本控制難度越來(lái)越大。因此，采油廠(chǎng)在注水系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)等方面已逐漸推廣應(yīng)用變頻技術(shù)。從而降低了電能的損耗，為油田的節(jié)能降耗做出了貢獻(xiàn)。

1 問(wèn)題的提出

在油田原油生產(chǎn)過(guò)程中，油氣集輸、含油污水處理、油田注水、水源井供水等主要生產(chǎn)工藝大部分是通過(guò)各種泵、空氣壓縮機(jī)來(lái)完成，其用電量占油田總用電量的70%～80%。目前，這些油泵、水泵和空氣壓縮機(jī)大都處于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于設(shè)計(jì)時(shí)考慮到油田發(fā)展的需要，選型時(shí)一般選擇容量較大的電動(dòng)機(jī)，使得大多數(shù)泵站都存在大馬拉小車(chē)的現(xiàn)象；另一方面，隨著油田開(kāi)發(fā)程度的加深，注采、集輸?shù)纫蟮牟粩嗾{(diào)整，很大一部分油、水泵處于變工況狀態(tài)下運(yùn)行，因此在運(yùn)行中普遍存在著離心泵節(jié)流、往復(fù)泵打回流的現(xiàn)象，造成電能損失巨大。下面分三方面進(jìn)行闡述。

1.1 輸油系統(tǒng)

輸油泵是油田生產(chǎn)運(yùn)行中主要能耗設(shè)備。由于泵的特性和管路特性不匹配，在實(shí)際運(yùn)行中需要根據(jù)運(yùn)行工況控制輸油泵出口閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量，以滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的需要。這種流量調(diào)節(jié)方式在輸油泵出口閥門(mén)前后產(chǎn)生較大的泵管壓差，大量的能源消耗在泵出口閥前后，造成能源的浪費(fèi)。

離心式輸油泵在其額定工況下的效率最高。但由于管線(xiàn)流程阻力、管線(xiàn)結(jié)垢情況、原油溫度的高低而發(fā)生變化，在工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)，往往按可能發(fā)生的最大工況選擇泵型，離心泵電動(dòng)機(jī)功率的選配，儲(chǔ)備功率太高，再加上現(xiàn)有轉(zhuǎn)油站的產(chǎn)液量增加或減少了，因此，使得離心式輸油泵很難在額定工況運(yùn)行，輸油系統(tǒng)效率很低。通過(guò)改變泵的轉(zhuǎn)速就可以實(shí)現(xiàn)改變泵的排量、揚(yáng)程。這是一種改變泵的工況的最佳途徑，也就是說(shuō)，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)離心泵的調(diào)節(jié)。

因此在輸油泵機(jī)組上推廣應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)改變輸油泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行不同的工況調(diào)節(jié)，消除泵管壓差而產(chǎn)生的節(jié)流損失，降低了輸油單耗，節(jié)約了電能，改善了工藝。

1.2 摻水系統(tǒng)

目前摻水泵運(yùn)行存在的問(wèn)題是，摻水系統(tǒng)摻水泵電動(dòng)機(jī)功率比較大，均為普通電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)負(fù)載利用率低，無(wú)功損耗大，同時(shí)，在人工控制摻水泵出口閥門(mén)時(shí)，因?yàn)橛途a(chǎn)的不確定性，往往造成摻水過(guò)多，致使能量浪費(fèi)；或摻水太少，不能起到良好的摻水效果，影響油井的生產(chǎn)。在用水低谷時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)工作量較大，人工調(diào)節(jié)跟不上時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力過(guò)高，使油田管網(wǎng)系統(tǒng)損壞。而且通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)水量的控制，不僅工作量大，且大量的電能白白浪費(fèi)在管路和閥門(mén)上。特別是季節(jié)的變化，摻水量變化也大，摻水泵的外輸量不能隨著需求量的變化而進(jìn)行調(diào)整，造成能源的浪費(fèi)（污水和用電）。所以，為了保證摻水系統(tǒng)連續(xù)、安全、可靠運(yùn)行，使其滿(mǎn)足水量要求又使能耗電量最小，從而達(dá)到節(jié)能的目的，必須要對(duì)摻水泵系統(tǒng)實(shí)行變頻技術(shù)改造。

1.3 注水系統(tǒng)

油田注水站注水泵在使用變頻裝置調(diào)速之前，都是用工頻啟動(dòng)設(shè)備，機(jī)泵在恒速下運(yùn)行，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于注水系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使得泵站壓力經(jīng)常發(fā)生變化，當(dāng)壓力超過(guò)或低于規(guī)定值時(shí)，只能靠人為的起停泵或打回流（注水泵以一定的壓力、排量運(yùn)行時(shí)，為滿(mǎn)足注水井計(jì)劃注水量的要求，在注水泵出口處把一部分回流到儲(chǔ)水罐）來(lái)調(diào)節(jié)壓力，此種調(diào)節(jié)方法很難達(dá)到注水要求，如果停一臺(tái)機(jī)泵，則壓力達(dá)不到要求，不停機(jī)泵，則壓力太高。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，泵站經(jīng)常處在超壓或欠壓狀況下運(yùn)行，既影響穩(wěn)壓注水又浪費(fèi)電能。應(yīng)用變頻控制技術(shù)，從根本上解決了這一影響注水質(zhì)量及注水效率的難題。通過(guò)改變注水泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)注水泵排量，不僅可減少回流量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓注水，還可以提高管網(wǎng)效率，減少電耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

2 變頻器的使用情況

采油廠(chǎng)使用變頻裝置的數(shù)量逐年增加，在轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站、注水站、注聚站、計(jì)量間都有使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用效果較好。臺(tái)Ⅰ聯(lián)應(yīng)用變頻裝置的前后對(duì)比見(jiàn)表1、表2。

從表1和表2可以看出使用變頻器后機(jī)泵的電量消耗明顯降低。以臺(tái)Ⅰ聯(lián)摻水泵1月份為例，變頻前摻水泵月耗電量為57981kWh，日耗電1870 kWh；變頻后月耗電量為48005kWh，日耗電1548kWh，日節(jié)電量322kWh。以每度電費(fèi)用為0.51元計(jì)算，日節(jié)電164元，每年可節(jié)約電費(fèi)59860元左右，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀(guān)。

表1 臺(tái)Ⅰ聯(lián)1#、3#摻水泵安裝變頻前后耗能對(duì)比

表2 臺(tái)Ⅰ聯(lián)2#、3#外輸泵安裝變頻前后耗能對(duì)比

2013年3月采油廠(chǎng)在葡A注水站安裝了前置變頻裝置，并投入使用，注水站平均泵壓控制在15 MPa左右，管壓為14.9MPa左右，注水電動(dòng)機(jī)的電流由原來(lái)的125A降到90A，在泵排量和出站壓力不變的情況下，注水泵日平均耗電量由26400kWh降到24500kWh，降低了1900kWh，泵水單耗由原來(lái)的7.81kWh/m3降到6.97kWh/m3，降低了0.84kWh/m3。見(jiàn)表3。

表3 葡A注水站變頻安裝前后數(shù)據(jù)對(duì)比

表4 葡B注水站變頻安裝前后數(shù)據(jù)對(duì)比

葡B注水站前置變頻在2013年6月20日投運(yùn)，注水站泵壓控制在15.1MPa左右，管壓為15MPa左右，注水電動(dòng)機(jī)的電流由原來(lái)的180A降到155A，注水泵日平均耗電量由40320kWh降到36520kWh，降低了3800kWh，泵水單耗由原來(lái)的5.81kWh/m3降到4.92kWh/m3，降低了0.89kWh/m3。見(jiàn)表4。

3 結(jié)論

1）節(jié)能效果明顯。電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速，可以使電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)械變速運(yùn)行，對(duì)于相同負(fù)荷定速運(yùn)行的耗電量明顯降低，速度越低越省電。同樣也降低了變電、輸電的有功和無(wú)功負(fù)荷。

2）安裝變頻裝置可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)控制，安裝調(diào)試方便，操作簡(jiǎn)單，能大幅度地簡(jiǎn)化操作人員的操作程序，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）由于使用變頻使電動(dòng)機(jī)的頻率下降，大大降低了噪聲及振動(dòng)，改善了現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，同時(shí)避免了“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象。

4）由于設(shè)備轉(zhuǎn)速降低，設(shè)備工作平穩(wěn)，磨損減少，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命和檢修周期。

5）使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，由于注水壓力始終保持恒定，一方面保持了地下壓力的平衡，取得了良好的驅(qū)油效果；另一方面對(duì)油井及含油層有一定的保護(hù)作用，能夠做到文明開(kāi)采，延長(zhǎng)油井壽命。

6）加大變頻調(diào)速技術(shù)在油田自控系統(tǒng)中的應(yīng)用，將是今后油田生產(chǎn)和設(shè)備管理的必然趨勢(shì)。