八面河高壓離心注水泵節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

胡建

摘要：本文把離心泵注水系統(tǒng)分為站內(nèi)和站外兩部分進(jìn)行研究，通過測(cè)試、分析站內(nèi)設(shè)備與站外管網(wǎng)對(duì)能量損失因素及所占比例，從而得出影響注水系統(tǒng)能力損失的主要原因，再根據(jù)實(shí)際情況采取提高注水系統(tǒng)效率、降低注水單耗的措施。

關(guān)鍵詞：注水系統(tǒng) 系統(tǒng)效率 節(jié)能降耗

1概況

八面河油田于1986年投入注水開發(fā)，截止到目前建有注水站八座，其中聯(lián)合注水站和南塊注水站是高壓離心泵站，其余注水站全部是高壓柱塞泵站。

近年來平均注水單耗呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，達(dá)到4.96kw.h/m3，上升0.46kw.h/m3，管網(wǎng)損失率由27.6%上升至34.4%。其中離心泵站南塊站和聯(lián)合站注水單耗分別升高0.43和0.41kw.h/m3。

（1）聯(lián)合站注水系統(tǒng)

1986年投運(yùn)，設(shè)計(jì)能力為16800m3/d，目前日注水平13000m3（帶部分油井摻水），設(shè)計(jì)壓力12MPa，目前運(yùn)行壓力12.3 MPa；注水泵6臺(tái)，額定壓力均為12MPa，額定排量分別為300m3/h注水泵四臺(tái)和350m3/h注水泵兩臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)階梯泵組合運(yùn)行，正常運(yùn)行2臺(tái)泵。

聯(lián)合站注水系統(tǒng)建有注水干線5條，長度20.9km，干線平均管損2.2MPa。

⑵南塊站注水系統(tǒng)

2001年投運(yùn)，設(shè)計(jì)能力為7880m3/d，目前日注水平2800m3，設(shè)計(jì)壓力13.5MPa，目前運(yùn)行壓力13.2MPa；1#、2#注水泵于2005年相繼進(jìn)行拆級(jí)改造，同時(shí)配套應(yīng)用高壓變頻裝置，額定壓力為12MPa，額定排量為120m3/h。

系統(tǒng)建有注水干線4條，長度4.35km，干線平均管損0.38MPa，最大管損0.5MPa，分別為新北和老北干線。

2 注水能耗升高原因分析

按照能量流向，分系統(tǒng)對(duì)泵機(jī)組、閥組、管線等各能耗節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，參照標(biāo)準(zhǔn)（SY/T6257-2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》），查找降低的原因，確定解決措施。

⑴聯(lián)合站注水系統(tǒng)能耗分析

該系統(tǒng)注水站能量損失為35.7%，比達(dá)標(biāo)值搞6.7%，閥控?fù)p失為18.8%比達(dá)標(biāo)值高13.8%，管網(wǎng)摩阻為12.6%，比達(dá)標(biāo)值高5.6%，能量損失嚴(yán)重，

①注水站能量損耗研究

通過對(duì)系統(tǒng)近兩年的平均注水量、注水單耗和泵機(jī)組效率的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合離心泵機(jī)組特性曲線，聯(lián)合站注水泵機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)注水泵排量650m3/h--700m3/h區(qū)間，離心泵處于高效區(qū)運(yùn)行，注水單耗最低。當(dāng)注水排量<600m3/h，注水泵遠(yuǎn)離高效區(qū)運(yùn)行，注水單耗升高；排量越低，注水單耗越高。

②閥控?fù)p耗研究

系統(tǒng)配水主要模式是注水泵供水、經(jīng)注水站內(nèi)閥組間各干線分水分別依次配送至配水間，再由配水間內(nèi)單井下流閥門進(jìn)行單井流量控制，為了降低能耗損耗、提高注水井系統(tǒng)壓力，站內(nèi)閥組間各干線閥門均處于全開狀態(tài)，主要是由單井的下流閥門根據(jù)實(shí)際配水量進(jìn)行控制。閥控?fù)p耗主要集中在配水間內(nèi)。

通過對(duì)系統(tǒng)內(nèi)167口注水井的注水壓力、水量分配情況對(duì)比分析，注水壓力低于7MPa的注水井有117口，占總井的70%，水量9380m3/d，占總水量75.3%。系統(tǒng)供水壓力為12.3MPa，系統(tǒng)壓力遠(yuǎn)高于注水井需求壓力，單井閥控?fù)p失嚴(yán)重。為此，系統(tǒng)內(nèi)高低壓井并存且低壓注水井偏多是導(dǎo)致閥控?fù)p失的主要影響因素。

③管網(wǎng)摩阻研究

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，聯(lián)合站注水管網(wǎng)主要是干線配水，各支干線距離較短，且調(diào)查發(fā)現(xiàn)壓力損失較小，為此本文主要從注水干線和單井注水管線兩個(gè)方面分析管網(wǎng)摩阻情況。

注水干線方面，通過計(jì)算理論值與實(shí)際壓力損耗值對(duì)比，老西干線和新北干線管損值分別為1.5MPa和2.8MPa遠(yuǎn)超理論值0.6MPa和0.7MPa，其余各干線基本處于合理區(qū)間范圍以內(nèi)。其次，對(duì)老西和新北干線的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，其中管線的輸水能力和經(jīng)濟(jì)流速均在設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)，為此，兩條注水干線的壓力損失主要是由于管線內(nèi)部結(jié)垢所致。

注水單井管線方面，利用干線管損分析原理進(jìn)行分析，確定管線結(jié)垢的注水井78口，占總井?dāng)?shù)的27.3%，長度49.3km，占總長度的30%。為此，單井管線損失主要是由于管線內(nèi)部結(jié)垢引起。

⑵南塊站注水系統(tǒng)能耗分析

該系統(tǒng)注水站能力損失和管網(wǎng)摩阻分別為38.4%和2.4%均在控制指標(biāo)范圍以內(nèi)（達(dá)標(biāo)值分別為42%和5%）。而閥控?fù)p失超標(biāo)準(zhǔn)值24.4%，為該系統(tǒng)主要能耗損失點(diǎn)。

南塊站注水系統(tǒng)1#或2#注水泵，該泵額定揚(yáng)程為13.5MPa， 當(dāng)前運(yùn)行壓力13.2MPa，通過對(duì)該系統(tǒng)25口注水井調(diào)查，注水井平均需求壓力6.5MPa，單井最高需求壓力11.5MPa，注水系統(tǒng)運(yùn)行壓力明顯偏高，主要通過配水間單井下流閥門進(jìn)行控制，從而使得能量損耗嚴(yán)重。引起配水間閥控?fù)p失增加的原因除注水壓力偏低影響以外，主要是由于注水泵額定揚(yáng)程偏高所致。

3分系統(tǒng)配套應(yīng)用節(jié)能技術(shù)

⑴應(yīng)用階梯泵組合技術(shù)，改造聯(lián)合站1#、2#注水泵，提高泵站供需匹配程度。

根據(jù)聯(lián)合站注水泵現(xiàn)狀，考慮1#和2#注水泵能耗高，長期處于停用狀態(tài)，建議將1#和2#注水泵進(jìn)行更換。結(jié)合未來10年開發(fā)需求預(yù)測(cè)，更換后額定排量200m3/h，額定揚(yáng)程保持12MPa。注水泵機(jī)組改造后，主要能取得兩個(gè)方面的效果：第一增加了水量調(diào)節(jié)范圍，提高泵站的匹配程度。組合方式由三種增加至七種

第二新建泵機(jī)組提高了泵機(jī)組效率，預(yù)計(jì)值為78%，注水站效率77.6%，較改造前提高5.5%；注水單耗將降至4.41kw.h/m3。

⑵應(yīng)用高壓變頻技術(shù)，降低南塊站注水泵出口壓力，減少閥控?fù)p耗

高壓變頻調(diào)速節(jié)能原理主要是根據(jù)相似原理，離心泵的流量、揚(yáng)程和軸功率與轉(zhuǎn)速均成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化，引起排量相應(yīng)的變化、揚(yáng)程的兩次方、軸功率的三次方變化。同時(shí)根據(jù)離心泵的特性曲線，當(dāng)使用變頻運(yùn)行時(shí)，注水泵的轉(zhuǎn)速降低，能有效起到降低揚(yáng)程，保證注水泵機(jī)組效率的作用。

結(jié)合當(dāng)前形勢(shì)，建議進(jìn)行小范圍改造或者維修以達(dá)到節(jié)能的目的。第一種方式是對(duì)1#和2#注水泵進(jìn)行拆級(jí)改造，但由于該泵已經(jīng)拆掉2級(jí)，不具備再次拆級(jí)降揚(yáng)程的條件。第二種方式是修復(fù)高壓變頻裝置。

高壓變頻裝置修復(fù)投用，注水壓力下降至11.5MPa，注水單耗將由6.2kw.h/m3 ↘ 5.4kw.h/m3 。

⑶應(yīng)用清管技術(shù)，提高管網(wǎng)效率

通過研究，確定聯(lián)合系統(tǒng)注水管網(wǎng)的垢物成分主要是鐵化合物，成分一般為Fe2O3，F(xiàn)eO及FeS，這些垢物遇酸分解，其形態(tài)將從致密變?yōu)槭杷桑藭r(shí)再以高壓水射流沖刷，可以有效去除垢物。為此，化學(xué)除垢與物理除垢相結(jié)合的形式為聯(lián)合注水管網(wǎng)除垢的有效解決方法。

4結(jié)論

⑴通過聯(lián)合站階梯泵組合技術(shù)、南塊站應(yīng)用高壓變頻技術(shù)，預(yù)計(jì)全廠平均注水單耗將由4.96kw.h/m3 ↘ 4.75kw.h/m3。

⑵通過清洗結(jié)垢的單井注水管線有效降低管網(wǎng)摩阻損耗，提高系統(tǒng)效率。

⑶化學(xué)清洗結(jié)合高壓水沖洗能有效解決聯(lián)合系統(tǒng)單井管線結(jié)垢問題。

參考文獻(xiàn)

⑴豐國斌.油田注水系統(tǒng)節(jié)能.石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，1996⑼.

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