注水泵帶載啟動穩(wěn)壓注水技術(shù)試驗及效果分析

楊孝剛，趙防震，王寶明，邢 磊，郭慧琴

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

注水泵帶載啟動穩(wěn)壓注水技術(shù)試驗及效果分析

楊孝剛，趙防震，王寶明，邢 磊，郭慧琴

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

采油A廠擁有柱塞式注水泵站78座，安裝泵和泵撬320臺（套），注水泵操作標準作業(yè)程序規(guī)定，注水泵在啟動時，首先要人工現(xiàn)場盤泵，待泵啟動后，使泵空載運轉(zhuǎn)至注水額定轉(zhuǎn)速后，操作員工應(yīng)根據(jù)分水器壓力，現(xiàn)場逐漸關(guān)小高壓回流閥門調(diào)節(jié)注水壓力。現(xiàn)場操作環(huán)境壓力高，安全隱患大，且節(jié)流損失的壓力大，節(jié)流能耗浪費嚴重，設(shè)備維修費用高。因此，試驗注水泵帶壓啟動穩(wěn)壓運行，可避免啟動時泄壓造成能量浪費，減少對回流閥損害，降低操作人員進入高壓注水區(qū)域風險，同時實現(xiàn)自動穩(wěn)壓注水，保持注水壓力穩(wěn)定，確保了鼠籠電機在低頻工作時溫升正常。

注水泵；帶載啟動；穩(wěn)壓運行；應(yīng)用效果

1 采油A廠注水泵使用基本概況

1.1 采油A廠注水系統(tǒng)能耗監(jiān)測

2015年，采油A廠組織對全區(qū)113臺注水泵進行了能耗測試（見表1），結(jié)果顯示：注水泵平均容積泵效86.4%，注水泵平均機組效率約72%，注水單耗平均值 6.8 kW·h/m3。

2 地面注水工藝存在問題

2.1 常規(guī)啟停程序復(fù)雜，安全隱患大

按照標準化作業(yè)程序，柱塞泵標準啟停一次，操作員工需三次進入注水泵泵房及高壓配水間，開、關(guān)高壓閥門10次。操作人員頻繁進、出高壓區(qū)域，安全風險大。

2.2 常規(guī)啟停操作時間長，能耗浪費嚴重

柱塞泵常規(guī)啟停作業(yè)，由于環(huán)境壓力高不能直接帶載起泵，需通過開、關(guān)高壓回流閥門啟動，且注水泵從泄壓-起泵-壓力穩(wěn)定正常，一般需要30 min～40 min，導致水量通過回流管線進入低壓儲水罐，造成能耗浪費，同時增加了管線和地層設(shè)備壓力高低激動損壞頻次。

2.3 頻繁開關(guān)，設(shè)備維護成本高

（1）頻繁開、關(guān)高壓閘門，導致閥體密封面磨損速度快，造成進、排液閥體密封面刺漏，閥內(nèi)漏量上升，泵排量下降，泵效下降;

（2）設(shè)備維護頻繁，工人勞動強度大，附件損壞、消耗率高，維護費用高。

2.4 不能直接帶載啟動，啟（換）泵操作程序復(fù)雜

注水泵從泄壓→起泵→壓力穩(wěn)定正常，一般需要30 min～40 min，注水管線上高壓水通過回流管線進入低壓儲水罐，造成能量浪費；按2臺220 kW的注水泵起泵過程大概耗電110 kW·h～150 kW·h；泄壓又增壓過程對管線和地層容易造成壓力激動（見圖1）。

表1 采油A廠注水系統(tǒng)能耗統(tǒng)計表

圖1 注水站注水流程示意圖

表2 不同電機及控制系統(tǒng)的比較優(yōu)選

3 注水泵帶載啟動穩(wěn)壓工藝技術(shù)

3.1 注水泵帶載啟動穩(wěn)壓工藝技術(shù)要求

實現(xiàn)注水泵帶載啟動的核心：要求電機啟動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強[1-3]。調(diào)研各電機及控制方式特點如下，對比得，矢量控制將三相耦合的交流系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榛ハ啻怪钡膬上嘀绷鞅豢亓?，分別控制電機的磁場和轉(zhuǎn)矩，達到類似直流電機的特性實現(xiàn)調(diào)速范圍寬、啟動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強等特點（見表2）。

3.2 注水泵帶載啟動穩(wěn)壓工藝工作原理

根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量（勵磁電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式（見圖2）。

3.3 自動穩(wěn)壓注水原理

通過變頻器閉環(huán)控制，將注水壓力信號傳至變頻柜的控制器，將實時壓力值與目標值進行閉環(huán)PID計算處理，將壓力差值轉(zhuǎn)換成頻率命令，實現(xiàn)變頻器對注水泵自動調(diào)節(jié)，保證注水泵自動穩(wěn)壓注水（見圖3）。

4 現(xiàn)場試驗及效果分析

2016年，積極與A研究所溝通，分析了本廠注水系統(tǒng)運行狀況，針對注水泵現(xiàn)場操作環(huán)境壓力高，安全隱患大等問題，引進、試驗了注水泵帶載啟動穩(wěn)壓運行工藝，通過現(xiàn)場對比。

4.1 注水泵帶載啟動穩(wěn)壓工藝操作簡單

通過啟泵步驟的對比，帶壓起泵操作安全簡單，傳統(tǒng)啟泵進入高壓區(qū)域存在較大安全隱患，回流閥門損壞頻繁，耗費人力、浪費能耗、啟停過程復(fù)雜。

4.2 配套獨立風扇，降低普通電機運行溫度

圖2 帶載啟動穩(wěn)壓工藝工作原理示意圖

圖3 自動穩(wěn)壓注水技術(shù)原理示意圖

圖4 自動穩(wěn)壓注水技術(shù)現(xiàn)場圖

表3 帶載啟動穩(wěn)壓注水裝置測試數(shù)據(jù)計算結(jié)果

現(xiàn)場電機為異步鼠籠電機，散熱方式為風冷，根據(jù)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)要求，針對原有的風機工作方式不能滿足現(xiàn)場電機的散熱需求，加裝獨立散熱調(diào)速風機，改造后，電機溫度最高只有71℃；散熱效果明顯（見圖4）。

4.3 節(jié)能效果顯著

安裝帶載啟動穩(wěn)壓注水裝置后，電動機輸入有功功率合計下降160.62 kW，注水站能量利用率平均值提高12.07%，注水單耗平均值下降1.19 kW·h/m3，有功節(jié)電量合計140.19×104kW·h/a，折算標準煤合計468.23 t/a，有功節(jié)電率平均值22.02%（見表3）。

4.4 經(jīng)濟效益評價

全年節(jié)約費用：（140.19+3.92）×104×0.62=89.35 萬元，節(jié)約維護費用：2.5×12=30萬元，合計：電費89.35萬元+維護費30萬元=119.35萬元。

其中改造費用：當期發(fā)生費用=155萬元（5臺設(shè)備購置及安裝費用）。

投資回收期：155萬元（投資費用）÷119.35萬元（節(jié)約費用）=1.3年。

5 結(jié)論

（1）注水泵帶載啟動穩(wěn)壓運行工藝實現(xiàn)了常規(guī)三項異步電機直接帶載啟動，簡化起泵程序；

（2）通過PID控制，實現(xiàn)注水泵注水壓力波動在0.1 MPa內(nèi)運行，確保了注水系統(tǒng)自動穩(wěn)壓；

（3）通過PID控制，設(shè)定超限報警，當實際壓力超過報警設(shè)定值時，注水泵自動保護停泵，降低了注水系統(tǒng)運行安全風險；

（4）與同類技術(shù)相比，運行成本降低20%以上。

［1］俞伯炎，等.石油工業(yè)節(jié)能技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2005.

［2］楊龍周.淺談異步電機矢量控制應(yīng)用［J］.科技風，2009，（16）：174.

［3］王曉龍，楊濤，王暉，陸新興.恒壓恒流自動控制注水工藝技術(shù)在坪北油田的應(yīng)用［J］.江漢石油職工大學學報，2011，24（5）：51-53.

Injection pump start on load voltage stabilizing water injection technology test and result analysis

YANG Xiaogang，ZHAO Fangzhen，WANG Baoming，XING Lei，GUO Huiqin
（Oil Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yinchuan Ningxia 750006，China）

Oil production factory A has plunger type water injection pump station 78,installation of pumps and pump with 320 units（sets）.The injection pump operation standard operating procedures,injection pumps at start up,the first thing to artificial disc pump,to pump starts,no-load running to the rated speed,water injection pump operation staff should,according to the manifold pressurefield gradually down high pressure backflow valve adjusting water injection pressure.Site operation environment pressure is high,the potential safety hazard,and the throttling loss of pressure,throttle serious energy waste,high cost of equipment maintenance.Therefore,test injection pump with pressure start-up voltage operation,can avoid the leakage of the start up cause energy waste,reduce the damage to backflow,reduce the risk of operator into high pressure water injection area.At the same time to realize automatic voltage regulator with water,maintain water injection pressure stability,ensure the squirrel-cage motor in low frequency work at normal temperature.

injection pumps；start with load；voltage stability；application effect

TE964

A

1673-5285（2017）11-0091-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.022

2017-10-13

楊孝剛，男（1984-），工程師，2008年畢業(yè)于遼寧石油化工大學油氣儲運專業(yè)，現(xiàn)為長慶油田第三采油廠技術(shù)監(jiān)督中心計量節(jié)能室科員，主要從事油田節(jié)能節(jié)水研究工作。