聚合物注入過(guò)程節(jié)能降耗措施研究

周明陽(yáng)（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

1 建立能效對(duì)標(biāo)

能效對(duì)標(biāo)是一種相對(duì)較新的企業(yè)績(jī)效管理方法，是企業(yè)對(duì)標(biāo)管理的一個(gè)重要方面，通過(guò)能效對(duì)標(biāo)，能夠找出管理上的薄弱環(huán)節(jié)，提高能源利用效率，提升節(jié)能工作管理水平[1]。通過(guò)對(duì)比分析年電力能耗指標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)縱向?qū)?biāo)；通過(guò)對(duì)比不同注入工藝能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)橫向?qū)?biāo)（表1、圖1）。

圖1 不同注入工藝能效對(duì)標(biāo)

通過(guò)縱向?qū)?biāo)，近幾年，在積極采取各種有效節(jié)能措施后，堅(jiān)持管理節(jié)能與技術(shù)節(jié)能雙向突破，取得了較好成效，不同工藝注聚單耗均有所下降。但通過(guò)橫向?qū)?biāo)，不同注入工藝注聚單耗存在一定差異，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和比例調(diào)節(jié)泵工藝流程的單耗要少，其原因主要是采用一泵多井工藝流程和比例調(diào)節(jié)泵注入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；不同工藝流程能耗節(jié)點(diǎn)的差別，使不同注入工藝能耗損失也有所不同。

2 能耗節(jié)點(diǎn)分析

2.1 單泵單井工藝能耗

單泵單井注入工藝流程簡(jiǎn)單，注聚能耗主要發(fā)生在注聚泵、靜態(tài)混合器、注入管線等部分，每臺(tái)泵與每口井壓力流量均相互對(duì)應(yīng)，能量利用充分，且單泵單井注入工藝每臺(tái)注聚泵均配備變頻器，所以注聚泵能耗相對(duì)其他2 種工藝要小。但當(dāng)?shù)刭|(zhì)方案變化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)注聚泵排量與方案要求不匹配，同時(shí)使變頻器工作頻率不在合理范圍內(nèi)，注聚泵電動(dòng)機(jī)的工作特性需從低壓變壓器吸收較大的無(wú)功功率，造成電能的損失。

表1 注聚系統(tǒng)不同工藝注入單耗統(tǒng)計(jì)

2.2 一泵多井工藝能耗

在采用一泵多井工藝流程注入方式中，相對(duì)單泵單井工藝增加了母液流量調(diào)節(jié)器部分，不同聚驅(qū)階段單井注入壓力和系統(tǒng)工作壓力各不相同。在注聚初期壓力相對(duì)較低，注聚中期注入壓力會(huì)升高，由于地質(zhì)和開(kāi)采等方面的因素，各單井的上升幅度不一樣，導(dǎo)致單井注入壓力差異較大。為了滿足少數(shù)幾口壓力高的井的注入要求，就必須使匯管壓力達(dá)到最高的壓力要求，而使整個(gè)注聚系統(tǒng)始終在較高壓力狀態(tài)下運(yùn)行，造成部分井壓力損失嚴(yán)重，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗量增大。一泵多井注入工藝通過(guò)流量調(diào)節(jié)器調(diào)控單井的注入量，1 條母液匯管至少帶10 口以上注入井，由于匯管壓力恒定，單井間壓力不同，導(dǎo)致部分流量調(diào)節(jié)器前后壓差增大，同時(shí)流量調(diào)節(jié)器卡堵也會(huì)造成壓力增大，導(dǎo)致能耗增加。

2.3 比例調(diào)節(jié)工藝能耗

在采用比例調(diào)節(jié)泵工藝流程注入方式中，1 臺(tái)泵對(duì)應(yīng)3～5 口注入井，相對(duì)于一泵多井取消了母液匯管與流量調(diào)節(jié)器，但液力端每個(gè)液缸都有1 個(gè)流量調(diào)節(jié)裝置（圖2）。通過(guò)調(diào)節(jié)柱塞嵌入泵液缸體中的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)排量的線性調(diào)節(jié)，單缸流量可實(shí)現(xiàn)理論排量的50%～100%隨意調(diào)節(jié)，但流量調(diào)節(jié)幅度越大，高壓聚合物溶液回流率越大，注聚泵能耗越大。投產(chǎn)注聚前，比例調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行參數(shù)是按照最初地質(zhì)方案設(shè)計(jì)的，注聚后部分單井沒(méi)有實(shí)現(xiàn)同流量注入井匹配在同臺(tái)泵上。由于這部分井注入量不同、注入壓力不一致，注聚泵需工作在最高注入井壓力上，在調(diào)節(jié)過(guò)程中與配注方案不匹配的井，就會(huì)有一部分母液由高壓回到低壓，回流量越大造成聚合物溶液?jiǎn)魏脑酱蟆?/p>

圖2 比例調(diào)節(jié)泵母液調(diào)節(jié)裝置剖面

3 不同注入工藝節(jié)能降耗措施

3.1 調(diào)整優(yōu)化，降低系統(tǒng)能耗

合理匹配電動(dòng)機(jī)功率。注入泵出廠時(shí)設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)配用功率一般是負(fù)荷所需功率的1.5～2 倍左右，即使注入泵在額定排量下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)還有一部分剩余功率，同時(shí)消耗大量的無(wú)功功率。因此，通過(guò)研究在滿足泵所需功率和地質(zhì)注入方案要求的前提下，按軸功率的1.1～1.3 倍選擇電動(dòng)機(jī)功率，從而避免無(wú)謂的電能消耗。為此，在4-3#注入站更換19 臺(tái)注聚泵電動(dòng)機(jī)，其中2 臺(tái)從55 kW 更換成22 kW，13 臺(tái)從18.5 kW 更換成11 kW，4 臺(tái)從22 kW更換成15 kW，減少了電能的消耗（表2）。

表2 注聚泵電動(dòng)機(jī)更換前后對(duì)比

合理優(yōu)化電動(dòng)機(jī)頻率。為準(zhǔn)確掌握變頻器實(shí)際節(jié)電能力、確定注聚泵最佳運(yùn)行頻率【2】，在4-3#注入站開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，選擇了5 口注入井（注聚泵電動(dòng)機(jī)功率為15 kW），在注入量不變的情況下，檢測(cè)不同頻率下電流變化情況（圖3）。

圖3 不同頻率能耗變化曲線

從檢測(cè)的數(shù)據(jù)可知，注聚泵在低頻運(yùn)行時(shí)，電流偏高，隨著運(yùn)行頻率增加，電流下降，在35～45 Hz區(qū)間內(nèi)電流最低，隨著運(yùn)行頻率繼續(xù)增加，電流上升。

注聚壓力編組，降低壓力損失。北北塊在上返初期分別對(duì)4 座注入站地層剖面進(jìn)行了調(diào)整，不同單井注入壓力和系統(tǒng)工作壓力各不相同，各單井的上升幅度不一樣，導(dǎo)致單井注入壓力差異較大。

為了滿足少數(shù)幾口壓力高的井的注入要求，就必須使匯管壓力達(dá)到最高的壓力要求，而使整個(gè)注聚系統(tǒng)始終在較高壓力狀態(tài)下運(yùn)行，造成部分井壓力損失嚴(yán)重，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗量增大。因此，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，及時(shí)采取壓力編組，把壓力相當(dāng)?shù)木幍? 個(gè)組，可以分為高中低3 組，采用單泵對(duì)應(yīng)單套編組，這樣可以適當(dāng)降低中、低組泵的運(yùn)行壓力，不需要使整個(gè)匯管都保持在較高的壓力狀態(tài)。以3-6#注入站為例：可以根據(jù)實(shí)際的注入壓力情況，合理進(jìn)行編組，注入壓力主要集中在12 MPa 左右，最高注入壓力為14.0 MPa，可以分為以下3 個(gè)編組（表3）。

表3 3-6#注入站壓力編組情況

由表3 可知，對(duì)低檔編組可以降低運(yùn)行壓力3.6 MPa，而中檔編組可以降低運(yùn)行壓力2.6 MPa，即可以滿足注入要求，這樣1#、2#泵能耗可以降低約24.6%，3#、4#泵可降低大約11.0%。其他4 個(gè)站的情況基本相似，按照這樣計(jì)算，可以使整個(gè)系統(tǒng)的能耗降低11.8%，仍然可以滿足注入要求。

流量匹配分組，降低壓力損失。喇北西二區(qū)采用一泵三井比例調(diào)節(jié)注入工藝，1 臺(tái)泵對(duì)應(yīng)3 口注入井，投產(chǎn)注聚前，比例調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行參數(shù)是按照最初地質(zhì)方案設(shè)計(jì)的。注聚時(shí)，部分單井注聚方案根據(jù)水驅(qū)階段的實(shí)際狀況進(jìn)行了調(diào)整。沒(méi)有實(shí)現(xiàn)同流量注入井匹配在同臺(tái)泵上，由于這部分井注入量不同、注入壓力不一致，注聚泵需工作在最高注入井壓力上。根據(jù)注聚泵的單缸流量、每臺(tái)泵所轄井的注入方案進(jìn)行流量編組（3 口井為1 個(gè)組），把流量相同的井編到1 個(gè)組、調(diào)整到1 臺(tái)泵上，通過(guò)站外單井管線調(diào)頭實(shí)現(xiàn)調(diào)整，降低同臺(tái)泵上3 口井注入壓差，采取此方法共調(diào)整了57 口井。調(diào)整后，57 口井所在比例泵的平均工作電流下降了2.6 A，年節(jié)電2.85×104kWh。

調(diào)整設(shè)備參數(shù)，減小母液回流率。比例調(diào)節(jié)泵設(shè)計(jì)流量調(diào)節(jié)范圍為50%～100%之間，在調(diào)節(jié)過(guò)程中與配注方案不匹配的井，就會(huì)有一部分母液由高壓回到低壓，不僅對(duì)黏度造成一定的降解，而且回流量越大造成聚合物溶液?jiǎn)魏脑龃蟆２扇≌{(diào)整同臺(tái)泵上的單井柱塞直徑、調(diào)整皮帶輪等綜合措施，把方案注入量調(diào)整到單缸流量的85%，先后共調(diào)整了114 口井。通過(guò)精細(xì)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，使單缸母液回流率由25%降至15%，有效提升了比例調(diào)節(jié)泵系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)能耗；通過(guò)精細(xì)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，還降低了彈簧調(diào)節(jié)行程，延長(zhǎng)了調(diào)節(jié)彈簧工作時(shí)間，調(diào)整后彈簧的平均使用時(shí)間由16 天延長(zhǎng)至39 天。每口井每年可節(jié)約材料費(fèi)0.48 萬(wàn)元，區(qū)塊全井可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益131.36 萬(wàn)元。

3.2 管理提升，降低系統(tǒng)能耗

管損增大勢(shì)必造成流程堵塞，增加地面設(shè)備能耗；泵進(jìn)口過(guò)濾器堵塞、泵閥密封不嚴(yán)等情況將導(dǎo)致注聚泵容積效率降低，能耗增加；靜態(tài)混合器堵塞后，壓差增大，系統(tǒng)能耗增加；通過(guò)系統(tǒng)分析，對(duì)以上影響系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行逐點(diǎn)梳理、跟蹤管理：

◇每月核實(shí)注聚井管損情況，對(duì)管損超過(guò)0.5 MPa的注入井進(jìn)行地面管線沖洗、化學(xué)清洗等方法降低管損，真實(shí)反映注入壓力；

◇定期清洗泵進(jìn)口過(guò)濾器及泵閥，避免柱塞泵供液不足導(dǎo)致注聚泵容積效率下降；泵閥密封不嚴(yán)或泵閥彈簧變形損壞后及時(shí)清洗或更換泵閥組件，避免高壓下泵閥處流體發(fā)生倒流現(xiàn)象，容積效率降低；

◇發(fā)現(xiàn)靜混前后壓差或黏損增大時(shí)，及時(shí)拆卸靜態(tài)混合器進(jìn)行清洗，避免發(fā)生靜態(tài)混合器能量損失過(guò)高現(xiàn)象。

通過(guò)系統(tǒng)梳理分析，對(duì)以上影響注入質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行逐點(diǎn)跟蹤管理，保證地面工藝不節(jié)流、不堵塞，提高了系統(tǒng)效率，降低了能耗損失。通過(guò)采取逐點(diǎn)梳理、跟蹤管理，實(shí)際檢測(cè)注入井平均管損控制在0.2 MPa 以內(nèi)，注聚泵容積效率在90%～95%之間，可使注聚單耗下降0.2 kWh/m3。

4 結(jié)論

1）建立能效對(duì)標(biāo)，縱向?qū)?biāo)不斷挖掘節(jié)能潛力，橫向?qū)?biāo)發(fā)現(xiàn)不同注入工藝的能耗差異，針對(duì)不同注入工藝能耗節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析研究。

2）注聚系統(tǒng)能耗是注入過(guò)程中最主要能耗點(diǎn)，需采取流量匹配分組、壓力編組、優(yōu)化變頻工作區(qū)間、電動(dòng)機(jī)功率合理匹配等技術(shù)措施提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率；通過(guò)系統(tǒng)梳理分析，對(duì)影響注入質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行逐點(diǎn)跟蹤管理，保證地面工藝不節(jié)流、不堵塞，降低系統(tǒng)能耗損失。

[1]張鵬.油田注水系統(tǒng)能耗損失原因分析與對(duì)策[J].石油石化節(jié)能,2013,28（6）:55-57.

[2]胡道春,孫冰.油田注水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)適應(yīng)性分析[J].石油石化節(jié)能,2013,28（6）:21-22.