淺談沈三聯(lián)注水系統(tǒng)能耗及節(jié)能措施

陳彬

摘 要：注水在油田生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，油田注水開發(fā)是國(guó)陸地油田開發(fā)的一種重要方式，但油田注水系統(tǒng)的耗能也相對(duì)很大，隨著油田綜合含水率的上升，注水能耗還將急劇上升，因此，開發(fā)油田注水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)是當(dāng)前工作的重點(diǎn)。本文結(jié)合沈三聯(lián)生產(chǎn)實(shí)際，簡(jiǎn)單對(duì)注水系統(tǒng)提出幾點(diǎn)建議，即可以降低了站內(nèi)的能耗，也能減少了安全隱患。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗 高低壓分注 變頻

1 注水系統(tǒng)模型及能耗分析

（1）注水系統(tǒng)模型

（2）能耗分析

根據(jù)能量守恒定律可得：W0 = D1 + D2 + D3 + W3 = ？D + W1

式中，W0—注水系統(tǒng)的能耗，D1—電機(jī)損失，D2—機(jī)泵損失，D1—節(jié)流損失，W1—管網(wǎng)摩擦及注入井口最終能耗， W1取決于涉及管路，基本不能改變，因此只有想辦法改變D1、D2、D3。

根據(jù)國(guó)內(nèi)油田的調(diào)查，對(duì)注水系統(tǒng)的能損可作如下分析：

（1）D1在整個(gè)能量損失中占5%—10%，其大小主要取決于電機(jī)自身的無(wú)用功消耗，與電機(jī)效率成反比，對(duì)同一注水系統(tǒng)而言，與設(shè)計(jì)的機(jī)型和用戶的維護(hù)有很大關(guān)系；

（2）D2在整個(gè)能量損失中權(quán)重最大，約60%—70%，其損失量主要由機(jī)械摩擦、容積漏損構(gòu)成，并且與水泵效率成反比；

（3）D3為整個(gè)能量損失的15%—20%，主要由泵出口閥的節(jié)流損失組成，主要由泵的排量和壓力與實(shí)際所需不匹配造成；

綜上所述，要降低注水能耗，必須從這幾個(gè)方面入手，比例越大、挖潛空間越大。

2 節(jié)能措施分析

2.1 合理匹配電機(jī)型號(hào)

選擇電機(jī)應(yīng)該與注水泵合理匹配，避免大馬拉小車.電機(jī)出力不足，無(wú)功功率損失大.因此，在選擇電機(jī)功率時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際所需功率選擇。泵功率有如下公式：

Q是水泵的排量，H是水泵的楊程， 是液體的密度，g是重力加速度， 是泵的效率。

對(duì)于沈三聯(lián)高壓注水泵，它的排量為140m3/h，H為2080m，效率為80%，密度為0.85*103kg/ m3，計(jì)算出泵功率P=（140×0.85*103×10×2080）÷（3600×80%）=860kw，根據(jù)設(shè)備的管理規(guī)定，注水電機(jī)的功率應(yīng)是注水泵功率的1.2-1.4倍，取1.2倍，計(jì)算可知所需電機(jī)功率為1050kw，目前使用電機(jī)功率為1250kw，只起運(yùn)一臺(tái)離心泵，這樣每小時(shí)可以節(jié)省200kw.h電。

同理，再對(duì)兩種型號(hào)的電泵進(jìn)行計(jì)算，得出20/1650型號(hào)的電泵可以選擇120kw電機(jī)，25/2000型號(hào)的電泵可以選擇150kw的電機(jī)，這樣相比原來(lái)，每小時(shí)分別可以節(jié)省40kw.h和70kw.h電。

目前沈三聯(lián)采用一臺(tái)注水泵及一臺(tái)電泵長(zhǎng)運(yùn)的方式注水，如果更換電機(jī)后，年創(chuàng)效約達(dá)150萬(wàn)元，足夠采購(gòu)電機(jī)的費(fèi)用。

2.2高壓變頻調(diào)速，降低注水單耗

常溫情況下油田高壓注水采用閘板閥們來(lái)調(diào)節(jié)流量和壓力。根據(jù)工藝要求，不可以長(zhǎng)時(shí)間小排量運(yùn)行，否則泵內(nèi)溫度升高會(huì)造成氣蝕和機(jī)件損毀等問題，過去都采用大回流方法降低溫升，造成電機(jī)做了太多無(wú)用功，給聯(lián)合站帶來(lái)了嚴(yán)重的能耗損失?，F(xiàn)在采用變頻器變頻調(diào)速的方式來(lái)滿足生產(chǎn)需要，使可以隨意地控制高壓注水泵流量和壓力的變化。沈三聯(lián)合站采用壓力閉環(huán)控制注水壓力，以注水恒壓進(jìn)行注水，杜絕回流。

沈三聯(lián)采用工頻注水時(shí)最高壓力可達(dá)20Mpa，而使用變頻器將壓力降到18.5Mpa，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，（n1/n2）2 = 20/18.5=1.08，轉(zhuǎn)速比n1/n2 = 1.04，而功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此得出p1/p2 = 1.043 = 1.125，可以計(jì)算出前后功率差值， =1250×（1-1/1.125）= 139kw，年創(chuàng)效約為80萬(wàn)元。

2.3 注水泵減級(jí)技術(shù)

針對(duì)注水泵機(jī)組注水能力超出實(shí)際注水量較大的機(jī)組，采取注水泵拆級(jí)改造措施。目前沈三聯(lián)合站注水崗采用的是DFJ140-160×13型號(hào)注水泵，可以將注水泵葉輪數(shù)由13級(jí)將至12級(jí)，減少揚(yáng)程160m，這樣相應(yīng)的可以降低泵壓，泵管壓差也可以減少0.3-0.5Mpa，提高泵效，減少了耗能。

2.4高低壓分注，提高管網(wǎng)效率

一是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)的不同注水壓力等級(jí)實(shí)施分系統(tǒng)注水，選取一定注水范圍內(nèi)注水井?dāng)?shù)較多的壓力等級(jí)作為主要供水壓力等級(jí)。沈三聯(lián)合站目前采用高壓注水泵和電泵統(tǒng)一壓力為高低壓井注水，這無(wú)疑是增加了無(wú)用能耗。調(diào)取了2008年和2014年注水?dāng)?shù)據(jù)分析：08年采用3臺(tái)高壓電泵和3臺(tái)低壓電泵分壓注水時(shí)的單耗明顯要比14年采用一臺(tái)高壓離心泵注水時(shí)的單耗低，單耗對(duì)比圖如下：

沈三聯(lián)日均注水量目前約為3500m3，瞬時(shí)量為140m3/h，三臺(tái)高壓電泵和低壓電泵排量分別為25和20 m3/h，總和135，基本可以滿足需要。而采用高壓離心泵每小時(shí)最大耗電可達(dá)1250kw.h，采用電泵每小時(shí)消耗1140kw.h，可以節(jié)約110kw.h電，一年可節(jié)約96萬(wàn)度電。

二是實(shí)施注水管網(wǎng)調(diào)整改造，減少管道摩擦阻力損失。針對(duì)部分管線的腐蝕嚴(yán)重，承壓能力下降，摩擦阻力增大，要及時(shí)更換調(diào)整，對(duì)結(jié)垢嚴(yán)重的管線要及時(shí)上報(bào)酸洗。

3 結(jié)論

1、合理選擇與注水泵匹配的電機(jī)，降低電機(jī)損失。

2、采用變頻調(diào)速技術(shù)可以提高系統(tǒng)效率，有效杜絕節(jié)流損失，節(jié)能降耗效果明顯。

3、對(duì)注水泵適當(dāng)減級(jí)，降低泵管壓差，提高泵效。

4、根據(jù)不同壓力等級(jí)注水井實(shí)施分壓注水，可以降低能耗。