王中專 （大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

前置變頻調(diào)速技術(shù)在杏七注水站應(yīng)用分析

王中專 （大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

前置變頻調(diào)速技術(shù)是注水泵重要的節(jié)能技術(shù)之一，對杏七注水站1#注水泵進(jìn)行了前置變頻調(diào)速技術(shù)改造。通過對杏七注水站1#注水泵前置變頻調(diào)速技術(shù)改造后運(yùn)行情況的跟蹤分析，以及對前置變頻調(diào)速能力的研究，找出該注水泵的運(yùn)行規(guī)律，并優(yōu)選出其運(yùn)行的適應(yīng)區(qū)間，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)單耗下降0.09 kWh/m3。

前置變頻調(diào)速；單耗；節(jié)能；優(yōu)化運(yùn)行區(qū)間；調(diào)節(jié)能力

1 杏七注水站概況

杏七注水站始建于1985年，主要為普通注水系統(tǒng)杏1區(qū)3排、2區(qū)3排和西干線注水干線供水。該站年泵出水量為 232.80×104m3,年耗電量為1314.75×104kWh。

杏七注水站建有D300-150×11型注水泵2臺，其中2#注水泵采取減級措施，泵葉輪由11級減至10級；1#注水泵減級后又進(jìn)行前置變頻調(diào)速技術(shù)改造，主泵為9級葉輪，前置變頻調(diào)速泵為單級離心泵。

2 前置變頻調(diào)速技術(shù)概述

前置泵低壓變頻系統(tǒng)由1臺注水泵、1臺增壓泵、注水泵驅(qū)動電動機(jī)、增壓泵驅(qū)動電動機(jī)、變頻器及保障運(yùn)行的各種控制設(shè)備和輔助系統(tǒng)組成[1]。

當(dāng)注水泵運(yùn)行壓力大于管壓時，根據(jù)泵實(shí)際情況拆級后再與單級前置泵串聯(lián)，保證注水泵運(yùn)行在高效區(qū)，并利用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)前置泵出口壓力降低泵管壓差。計算機(jī)控制系統(tǒng)對前置泵實(shí)行變頻調(diào)速優(yōu)化控制，控制小功率增壓泵變頻運(yùn)行，保證注水泵在安全、合理的狀態(tài)下運(yùn)行。

3 改造后注水泵最佳運(yùn)行區(qū)間

3.1節(jié)能區(qū)間優(yōu)選

杏七注水站1#注水泵前置變頻改造后，經(jīng)過多次維修和調(diào)試，于2011年5月底投運(yùn)。跟蹤杏七注水站1#注水泵運(yùn)行參數(shù)，按照站外管壓同值、其他參數(shù)平均的方法，統(tǒng)計匯總（表1）。

表1 1#注水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計

根據(jù)表1數(shù)據(jù)繪制泵出水量隨站外管壓的變化曲線（圖1），以便更直觀地發(fā)現(xiàn)運(yùn)行規(guī)律。

圖1 泵出水量隨管壓的變化曲線

由圖1可知，當(dāng)站外管壓低于15 MPa時，注水泵泵水能力隨著站外管壓的變化呈單調(diào)變化；且當(dāng)站外管壓低于14.6 MPa時，注水泵運(yùn)行能力達(dá)到并超過其額定排量300 m3/h，管壓越低，泵出水量越大；當(dāng)站外管壓小于14.2 MPa時，受泵壓低和出站閥門控制的影響，泵出水量變化趨勢減緩。

圖2 泵水單耗隨泵出水量的變化曲線

由圖2可知，1#注水泵泵水單耗在泵出水量283～324 m3/d范圍內(nèi)，隨著泵出水量的增加而明顯降低；當(dāng)泵出水量高于324 m3/h或低于283 m3/h時，泵水單耗隨泵出水量變化趨勢減緩。

杏七注水站1#注水泵在前置變頻改造前，經(jīng)中石油節(jié)能監(jiān)測中心測試泵水單耗為6.12 kWh/ m3，改造后其泵水單耗有所降低。而該站2#注水泵為同型號的泵，正常工況運(yùn)行時，平均泵水單耗為5.7 kWh/m3；因此，該站1#注水泵改造后的單耗應(yīng)小于5.7 kWh/m3。

繪制1#泵泵水單耗隨站外管壓的變化曲線，如圖3所示。

圖3 泵水單耗隨管壓的變化曲線

由圖3可知，當(dāng)站外管壓小于14.5 MPa時，1#注水泵能達(dá)到節(jié)能實(shí)效；且站外管壓介于14.2～14.5 MPa時，注水泵泵水單耗隨站外管壓呈明顯的單調(diào)變化趨勢。

3.2區(qū)間可行性分析

2014年6月15日至7月10日，各采油礦共恢復(fù)水驅(qū)普通鉆關(guān)井40口，恢復(fù)水量3410 m3/d。截至7月中旬，普通注水系統(tǒng)基本恢復(fù)常態(tài)運(yùn)行。此時，普通注水系統(tǒng)平均出站管網(wǎng)壓力為14.88 MPa，井口壓力損失小于0.7 MPa（包含油壓高于14 MPa的注水井）的共有11口，0.7～1 MPa的有53口，1～2 MPa的有62口。井口壓力損失小于0.7 MPa的11口注水井的具體情況如表2所示。

表2 受影響的11口注水井正常注水情況

根據(jù)普通注水管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，系統(tǒng)出站平均管壓降至14.2 MPa（降低0.7 MPa），這對普通注水系統(tǒng)表2中11口單井注水壓力會造成影響。

受影響的11口注水井正常實(shí)注水量為540 m3/d。8月10日，杏六聯(lián)注水站注水泵因電力檢修暫停。8月11日，普通注水系統(tǒng)出站平均管壓降至14.2 MPa,11口井實(shí)注水量為458 m3/d，比正常實(shí)注水量減少82 m3/d，影響水量占總水量的0.184%，實(shí)際影響井?dāng)?shù)占注水井總數(shù)的0.64%。

根據(jù)日配注水量低于50 m3/d的井注水上限為120%、高于50 m3/d的井注水上限為115%的原則，可以通過對受影響的注水井周邊同一注水單元內(nèi)注水壓力低的井進(jìn)行合理增注，補(bǔ)充影響水量。對于井口壓力損失超過0.7 MPa的注水井，在系統(tǒng)壓力降低后，可以通過開大注水閥門以減小配水閥節(jié)流損失的措施，保證正常注水量。因此，14.2～14.5 MPa的運(yùn)行壓力區(qū)間是可行的。

4 前置變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用效果

1）在系統(tǒng)穩(wěn)定、其他注水站運(yùn)行狀況不變的情況下，連續(xù)跟蹤啟運(yùn)前置變頻調(diào)速技術(shù)改造注水泵后系統(tǒng)的運(yùn)行情況，繪制系統(tǒng)泵水單耗變化曲線（圖4）。

圖4 啟運(yùn)前置泵前后普通注水系統(tǒng)單耗變化曲線

啟運(yùn)前置泵前，普通注水系統(tǒng)平均泵出水量為45972 m3/d，普通注水系統(tǒng)泵水單耗為5.65 kWh/m3。啟運(yùn)前置變頻調(diào)速泵后，經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定，系統(tǒng)泵出水量基本保持不變，系統(tǒng)管壓降幅為0.18 MPa，系統(tǒng)泵水單耗下降至5.56 kWh/m3，降低0.09 kWh/m3。按照系統(tǒng)平均泵出水量計算，可實(shí)現(xiàn)日節(jié)電4 137.48 kWh。

2）前置變頻調(diào)速就是通過調(diào)節(jié)前置串聯(lián)單級泵的運(yùn)行頻率，改變運(yùn)行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對主泵的控制，達(dá)到節(jié)能效果。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，在實(shí)際允許的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)前置泵運(yùn)行頻率，確定前置泵的實(shí)際調(diào)節(jié)能力范圍。分別繪制前置泵泵壓和出站管壓隨前置泵運(yùn)行頻率的變化關(guān)系，見圖5、圖6。

圖5 前置泵泵壓隨運(yùn)行頻率的變化曲線

圖6 出站管壓隨運(yùn)行頻率調(diào)節(jié)的變化曲線

由圖5可知，在主泵低壓保護(hù)壓力的范圍內(nèi)，前置泵的最低運(yùn)行頻率為38 Hz，前置泵泵壓調(diào)節(jié)范圍為0.7~1.5 MPa。在普通注水系統(tǒng)運(yùn)行4臺D300和1臺D400注水泵的情況下，由圖6可知，前置泵運(yùn)行頻率對出站管壓的影響范圍為0.21 MPa。

5 結(jié)論

1）應(yīng)用前置變頻調(diào)速技術(shù)改造的杏七注水站1#注水泵，會使普通注水系統(tǒng)的能耗情況得到改善。根據(jù)前置變頻調(diào)速能力，在優(yōu)選出的運(yùn)行適應(yīng)性區(qū)間內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果的最大化。

2）改造后注水泵的運(yùn)行參數(shù)與站外管壓有密切關(guān)聯(lián)，站外管網(wǎng)壓力波動，會影響其節(jié)能效果。

[1]徐國民.高含水后期油田節(jié)能新技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2014:103-105.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.007

2016-04-07

（編輯 王艷）

王中專，工程師，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），從事油田地面工程規(guī)劃工作，E-mail：wangzhongzhuan@petrochina. com.cn，地址：黑龍江省大慶市紅崗區(qū)大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所，163511。