王經(jīng)天 梁智鵬東北石油大學(xué)大慶油田電力集團(tuán)

大慶油田聚合物注入站能耗分布及節(jié)能潛力

王經(jīng)天1梁智鵬21東北石油大學(xué)2大慶油田電力集團(tuán)

聚合物驅(qū)油是維持油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的三次采油方法之一。在注聚過程中，為了保證聚合物的黏度，其注入工藝與注水工藝有著一定的區(qū)別。在注入站總能耗中，混合液出站進(jìn)入注聚井口的有效能占69.25%，除此之外，注入站管網(wǎng)及靜態(tài)混合器的損耗占總能耗的20.47%，主要是高壓來水的閥門節(jié)流和彎管損失。降低管網(wǎng)和注入泵的能耗是提高注入站系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。從Y280S—6電動(dòng)機(jī)（45kW）的效率曲線可以看出，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率在15%時(shí)，其電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率為75.1%，與其額定效率91.8%相比，效率下降超過15%，因此提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)載率是降低電能損失的有效途徑。

注入站；能耗分布；節(jié)能潛力；注入工藝；變頻

聚合物驅(qū)油是維持油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的三次采油方法之一。在注聚過程中，為了保證聚合物的黏度，其注入工藝與注水工藝有著一定的區(qū)別。聚驅(qū)系統(tǒng)是在原有注水工藝的基礎(chǔ)上，增加了聚合物母液生產(chǎn)裝置、聚合物注聚泵以及保持聚合物與水混合均勻的混合裝置等，聚合物注入站能耗在注聚系統(tǒng)占90%以上，因此搞清注入站能耗分布及節(jié)能潛力，是降低注聚系統(tǒng)能源消耗的關(guān)鍵。

1 注入工藝流程

大慶油田聚合物注入站有3種工藝流程。

1.1 單泵單井注入工藝

配制站輸送來的聚合物母液在高架母液儲(chǔ)罐緩存，采取自然供液方式經(jīng)過濾器進(jìn)入升壓泵，廠房內(nèi)按轄井?dāng)?shù)設(shè)泵及閥組，單泵對(duì)單井，泵出口設(shè)流量計(jì)，根據(jù)各井的開發(fā)配注量變頻控制泵排量。單井配水閥組設(shè)流量計(jì)，根據(jù)單井配聚量，按比例調(diào)節(jié)水量，然后母液和水在混合器內(nèi)混合后注入各單井。

1.2 單泵多井、三管（多管）分壓注入工藝

配制站輸送來的聚合物母液在高架母液儲(chǔ)罐緩存，然后經(jīng)軟連接彎管、過濾器進(jìn)入升壓泵，由一臺(tái)大排量注入泵給多口注入井提供高壓聚合物母液，單井母液設(shè)流量調(diào)節(jié)器，根據(jù)單井配聚量進(jìn)行母液調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)器將單井母液流量信號(hào)傳至單井水閥組的自動(dòng)混配比調(diào)節(jié)閥，以水追母液的控制方式將水和母液按一定比例混合稀釋成低濃度聚合物目的液，輸至各單井。為解決單井注入壓力不同的問題，采用三匯管分壓配注，將每口井分別與各匯管連接，滿足同一壓力的井在同一匯管運(yùn)行，減少了單井壓力和流量調(diào)節(jié)時(shí)的能量損失和黏度損失，避免了單井注入方案不好調(diào)整等矛盾。

1.3 比例調(diào)節(jié)泵注入工藝

利用比例調(diào)節(jié)注入泵單缸可調(diào)的特點(diǎn)，采用一泵對(duì)三井或一泵對(duì)四井，單缸對(duì)單井的工藝，取消單井母液流量調(diào)節(jié)分配環(huán)節(jié)的母液匯管和流量調(diào)節(jié)器，由于注入泵單缸排量可手動(dòng)調(diào)節(jié)，取消了注入泵變頻設(shè)施，簡化了注入站的自控系統(tǒng)。與常規(guī)三柱塞注入泵相比，比例調(diào)節(jié)注入泵每個(gè)柱塞液缸都有一個(gè)手動(dòng)流量調(diào)節(jié)裝置，可調(diào)范圍為50%～100%，注入泵可實(shí)現(xiàn)單缸操作;高壓配水采用電磁閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，然后與高壓水混合稀釋成低濃度聚合物目的液，再送至注入井。

2 注入站能耗分布及節(jié)能潛力

2.1 注聚系統(tǒng)能耗分布

油田注入站系統(tǒng)主要由變頻器、電機(jī)、傳動(dòng)皮帶、注聚泵、泵出口調(diào)節(jié)閥、注聚管網(wǎng)、靜態(tài)混合器及注聚井口等構(gòu)成。除了注入井內(nèi)的有效能量外，系統(tǒng)能量主要消耗在變頻器、電機(jī)、傳動(dòng)皮帶、注聚泵、泵出口調(diào)節(jié)閥、注聚管網(wǎng)和靜態(tài)混合器各處，由此構(gòu)成了注聚系統(tǒng)總能耗。通過對(duì)大慶油田21個(gè)注入站的能耗進(jìn)行測(cè)試分析，得出注入站及注入泵機(jī)組能量消耗分布。注入站能量消耗分布見表1，注水泵機(jī)組能量消耗分布見表2。

從測(cè)試結(jié)果看，在注入站總能耗中，混合液出站進(jìn)入注聚井口的有效能占69.25%，除此之外，注入站管網(wǎng)及靜態(tài)混合器的損耗占總能耗的20.47%，主要是高壓來水的閥門節(jié)流和彎管損失。其次是注聚泵損耗占總能耗的5.68%，管網(wǎng)和注聚泵二項(xiàng)能耗損失占總損失能的85%以上。因此，降低管網(wǎng)和注入泵的能耗是提高注入站系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。

表1 注入站能量消耗分布

表2 注入泵機(jī)組能量消耗分布

從注聚泵機(jī)組能耗來看，在注入泵機(jī)組總能耗中，除泵輸出有效功率占65.64%外，泵損失能耗占總能耗的20.38%，其次是電動(dòng)機(jī)損失能耗，占總能耗的11.97%，這二項(xiàng)能耗占總損失能的90%以上。因此，提高注入泵容積效率和機(jī)械效率，降低電動(dòng)機(jī)損耗，是提高注聚泵機(jī)組效率的關(guān)鍵。

2.2 能耗分析及節(jié)能潛力

（1）管網(wǎng)損失偏大。從測(cè)試情況看，在注入站各項(xiàng)損失中，管網(wǎng)損失所占比重最大，占注入站總能耗的18.69%，所測(cè)試的21個(gè)注入站管網(wǎng)總損失功率合計(jì)1614kW，年損耗電量超過1400×104kW·h。高壓水進(jìn)站平均壓力與靜態(tài)混合器后混合液平均壓力相比降低4MPa，有的注入站平均壓降達(dá)到6.98MPa。按照《油田注水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)范（SY6569）》的有關(guān)要求，注水管網(wǎng)的阻力損失宜控制在1.0MPa以內(nèi)，按此計(jì)算，則每個(gè)注入站僅降低管網(wǎng)損失一項(xiàng)就可以降低功率57.6kW，年節(jié)能潛力為49.5×104kW·h。因此，降低對(duì)高壓來水和聚合物的閥門節(jié)流損失，采用降低高壓來水的整體壓力，采取對(duì)個(gè)別有壓力要求的單個(gè)井進(jìn)行增壓；同時(shí)，注重注入站管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在分管與總管的連接上，采用斜交連接代替直交連接，減少90°彎管及其他流通截面突變的管件，是降低管網(wǎng)能耗的主要手段。

（2）不同工藝泵效和站效有較大差別。從所測(cè)試的3個(gè)不同注聚工藝的單項(xiàng)能耗損失占總能耗損失的百分比計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，不同的工藝其各項(xiàng)損失所占比例差別較大。其中：電動(dòng)機(jī)損失和泵損失2項(xiàng)，比例泵工藝是比例最高的，分別占13.02%和25.43%；而管網(wǎng)和靜態(tài)混合器能耗損失一項(xiàng)，單泵對(duì)單井工藝損失所占比例又是最大的，占總損耗的78%。因此，不同的工藝流程其節(jié)能的主攻方向不同。在低效比例泵中，有13.44%的比例泵泵效小于50%，對(duì)這些泵運(yùn)行情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，造成泵效偏低的主要原因：一是一泵對(duì)三口井都在注聚，但這些泵的實(shí)際排量和理論排量有較大的差距，容積效率大部分小于70%；二是一泵對(duì)三口井時(shí)，其中有1～2口井在停注，停注的主要原因有的是泵自身的因素，泵的缸套有問題，有穿孔現(xiàn)象，有的是注入井的問題，屬于關(guān)井的狀態(tài)。因此，調(diào)整好泵的運(yùn)行工況，并加強(qiáng)對(duì)泵的保養(yǎng)維護(hù)，減少容積損失是提高泵效的關(guān)鍵。

（3）提高注聚泵的電力負(fù)載率。從測(cè)試情況看，部分注聚泵電機(jī)運(yùn)行效率偏低的主要原因是注聚泵電機(jī)的平均負(fù)載率較低，約為33.35%，“大馬拉小車”情況比較嚴(yán)重。從電動(dòng)機(jī)負(fù)載率統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，在所測(cè)試的注聚泵中，電動(dòng)機(jī)負(fù)載率小于30%的占46.60%，而電動(dòng)機(jī)負(fù)載率的高低對(duì)電動(dòng)機(jī)的效率有很大的影響。從Y280S—6電動(dòng)機(jī)（45kW）的效率曲線可以看出，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率在15%時(shí)，其電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率為75.1%，與其額定效率91.8%相比，效率下降超過15%，因此提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)載率是降低電能損失的有效途徑。在比例泵的電機(jī)配套上應(yīng)適當(dāng)?shù)剡x擇小一個(gè)級(jí)別的電機(jī)基座號(hào)，以提高電機(jī)運(yùn)行效率。另外，由于部分電動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)載率較低，使得一些電機(jī)的功率因數(shù)偏低，因此各注入站要將配電柜的電容補(bǔ)償及時(shí)投入；同時(shí)，為了防止變頻器由于諧波電流疊加在電容器的基波電流上，使電容器電流有效值增大，溫升增高，引起過熱而降低電容器的使用壽命或使電容器損壞，在配電室還應(yīng)加裝濾波器以保護(hù)電容器和其他電器設(shè)備。

3 結(jié)語

注聚系統(tǒng)聚合物從地面注入到地下，設(shè)備的運(yùn)行工況不但牽扯到地面，更主要的是設(shè)備的運(yùn)行工況要符合地質(zhì)的要求，是一個(gè)系統(tǒng)的工程。因此在保證配注要求的條件下，要系統(tǒng)優(yōu)化確定注入系統(tǒng)的開泵方案及運(yùn)行參數(shù)，并通過系統(tǒng)配套優(yōu)化措施，達(dá)到系統(tǒng)總能耗最低的目的。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.004