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1、变频技术在油田注水系统中的应用付永明, 吴玉昆(中石化江汉油田分公司坪北经理部)摘要: 变频技术作为新一代节能技术, 在坪北特低渗油田注水系统得到推广应用, 经过现场的运 行实践证明, 此技术方便可靠, 节能效果显著, 具有明显的经济效益和社会效益。 关键词: 变频器; 应用; 节能坪北油田被美国的 C ER 咨询公司和 C P ER 石 油能源研究所判为处于开发经济下限的边际油田。 为慎重起见, 减少投资风险, 油田边产建、 边开发、 边 完善, 产能建设从1998 年开始分4 年建成。 注水系统 地面建设根据地质方案要求, 进行总体规划、 远近结 合、 分期实施, 按生产需求分期投建, 逐
2、步到位。 为了 保证较长时期内满足油田注水需要, 在设计上注水 泵的选型一般都较大, 与目前生产实际情况不相符, 造成电能浪费严重, 在油田的进一步开发中, 问题越 来越突出, 降低能耗就意味着提高效益。 变频器是一 种使注水泵耗能更少、 控制更精细、 设备寿命更长的 产品, 在油田注水泵的应用上取得了较好的效果。 1 坪北油田注水系统采用变频技术的主要原因 坪北油田为特低渗透油田, 但微裂缝较发育。 在 油田滚动开发初期, 就确立了注水开发的方针。 根据 地质方案要求, 对油田注水系统地面建设进行总体 规划、 远近结合、 分期实施, 油田边开发、 边产建、 边 完善。 随着注采井网不断完善,
3、 全油田注水井、 注水 量增 加, P 65、P 73、PX 1、P 32 共 4 座 注 水 站 分 别 于 1998 年 2001 年期间分4 年时间陆续建设完成。注 水泵是油田注水的源设备, 为了保证较长时期内满 足油田注水需要, 在设计上注水泵的选型较大, 致使 运行过程中大马拉小车现象时常发生, 同时在实际 生产中, 由于地质配注量的调整, 注水量的波动较 大, 为适应注水量的变化, 实现合理注水, 需不断调 整注水泵的运行方式。 目前, 坪北油田建成的 4 座注水站中, 配备注水 泵 共 11 台, 均为柱塞泵, 其理论排量 215m 3 /h , 电机 总功率 1225KW 。正
4、常运行的注水泵 5 台, 正常运行 的注水泵理论排量 108m 3 /h。 而目前实际配注的注 水量仅为 54. 2m 3/h , 理论 排 量 远 远 大 于 实 际 注 水 量, 注水泵电能浪费严重。 各注水站注水泵运行情况见表 1。 表 1注水站注水泵运行情况表注水泵 理论出 理论出 实际出 实际出电机功率 口排量 口泵压 口排量 口泵压装泵注水 注水站 数量 泵号注 水 泵 型 号备注(台)(kw)(m 3/h)( MPa)(m 3/h)( MPa)在用备用1#2#3S175A - 33. 6/163S175A - 33. 6/1618518533. 633. 616161411 P7
5、32在用在用1#2#3S100- 6 . 9/163S125A - 10. 8/1637556 . 910. 816166 . 969 . 89 . 8P653备用备用 在用1#2#3#3S100- 6 . 4/163S100- 6 . 4/163S175- 23. 1/1637371326 . 46 . 423. 1161616PX131411备用备用 在用1#2#3#3S175- 23. 1/163S175- 33. 6/163S175- 33. 6/1613218518523. 133. 633. 6161616P3232911从表 1 中可以看出: 各注水站配备的注水泵型 号明显偏大,
6、 而且泵的排量与配注的水量不匹配。 其 中 P 65 站, 启一台泵注水量不足, 启两台泵又有较大 的余量; PX 1 站启两台小泵注水量不足, 启一台大 泵又有较大的余量。 因此, 为了与生产实际协调, 只 能通过启泵台数和人工调节回流阀门来调节流量, 必然造成注水系统能耗高, 不但不能够经济运行, 而 且增加了工人的工作量, 调节不及时还会造成管网 压力过高或过低, 流量过大或过小, 影响生产及设备 的安全运行。 其中2002 年初为了降低能耗, 曾将P 73 注水 站 两 台 注 水 泵 的 柱 塞 直 径 由 71mm 更 换 成 48mm , 在保持注水压力不变的情况下, 注水泵排3
7、3量 由 33. 6m /h 降到 16m /h , 虽然电耗有所降低, 但 由于排量不可调, 仍需人工调节回流阀门来控制流 量。 随着油田进一步开发, 注水泵的大能耗问题越来收稿日期: 2008- 03- 12 作者简介: 付永明, 男, 1997 年毕业于吉林大学化学系, 2004 年研究生毕业于北京理工大学, 获工商管理硕士学位, 工程 师。 曾从事油田化学、 试油、 作业、 采油等技术工作, 现在江汉油田分公司坪北油田从事注水管理工作。内蒙古石油化工2008 年第 15 期64越突出, 较大地影响了油田的经济效益。 2变频技术在注水系统中的应用 针对 4 座注水站所存在的问题, 于 2
8、006 年分别 在 P 73、P 65、PX 1、P 32 各站主要运行的 1 台注水泵 安装了A BB 公司生产的A C S 系列变频器, 从而有效 解决了上述问题。 2. 1变频调速节能的基本原理 2. 1. 1变频调速的基本原理 交流异步电动机的转子转速 n 可以用下式表 示:表 2使用变频前、 后电耗对比表日耗电量 (KW h /d)对比值 (KW h /d)站点及设备使用变频前使用变频后 P 65 注水泵 P 32 注水泵 P 73 注水泵 PX 1 注水泵1287 2865 1904 2015 8071931 2208 1181 1131 54511356 1657 1723 18
9、84 12620合计 按目前油田结算的电价为 0. 656 元/KW . h 计 算, 则 每年节约电量:4 n = 60 f (1 - S )2620KW h 365= 95. 6310 KW . h 每年节约电费: 95. 631040. 656 元/KW . h = 62. 73 万元 变频改造共计投资40. 65 万元, 仅8 个月减少的 电费支出就可抵消全部投资, 经济效益可观。 3. 2 社会效益 (1) 坪北油田通过几年的规模产建和开发调整, 逐步摸索和总结出了一些适合坪北油田特点的注水 工艺技术。 注水工艺配套技术根据地质方案要求, 本 着最经济、 最科学的原则, 力求简单、
10、易行、 成本低、 见效快, 为坪北油田取得良好的开发效果和较好的 经济效益打下了一定基础, 是经济边际油田开发值 得借鉴的地方。 (2) 采用变频技术后, 其阀门联动功能使值班人 员在启、 停泵时无需再对阀门进行任何操作, 即减少 了操作的失误, 又减少了管网的冲击。 管网注水压力 保证在 11 M P a 左右, 波动范围小, 变频器的加速和 减速平滑, 控制精度高, 能充分满足现场注水工艺要 求。 (3) 采用变频调速技术后, 电机定子电流下降 70% , 电源频率下降 20% 。 由于电机的转速普遍下 降, 电机运行状况明显改善, 延长了设备的使用寿 命, 降低了设备的维修费用。 同时,
11、 由于变频器启动 和调速平稳, 减少了对电网的冲击。 由于变频调速器 具有十分灵敏的故障检测、 诊断、 报警和跳闸等功 能, 提高了电机运行的可靠性。 4 结论 根据A BB 公司的A C S 系列变频器在坪北油田 注水系统中的使用情况以及实际节能效果来看, 对 注水泵电动机采用变频调速技术改造, 方便可靠, 达 到了预期的效果, 实现了节能降耗及平稳操作的目 的, 满足坪北油田生产实际的要求, 具有明显的经济 效益和社会效益。 参考文献(1)p 式中: f 定子供电电源的频率; p 电动机的极对数; s 异步电动机的转差率。 由式 ( 1) 可见, 当电动机确定以后, 其极对数 P 是固定不
12、变的, 当平滑地改变异步电动机的电源频 率 f 时, 即可改变电动机转子的转速 n , 实现变频调 速。 2. 1. 2节能的基本原理 坪北油田注水泵采用的是柱塞泵, 属于容积式 泵, 其流量和轴功率的计算式如下: (1) 注水泵 (柱塞泵) 排量Q = F S n i v /60m 3 /s 式中: F 柱塞的作用面积, m 2; S 柱塞的行程, m ; i 缸数, m ; n 泵轴转速, r/m in; v 泵的容积效率。 (2) 泵的轴功率P a = (P d - P s ) Q 105 /(102 ) kW 式中: P d - 泵出口压力,M p a; P s - 泵入口压力,M p
13、 a; Q - 泵流量, m 3 /s;- 泵效率。(2)(3)从上述 ( 2)、( 3) 式中可以看出: 对于注水泵来 说, 在满足生产工艺的情况下, 降低泵的转速 n , 即 可减少泵的流量Q , 继而降低其轴功率, 电动机输出 功率也随之减小, 从而达到节能降耗的目的。2. 2变频后注水泵应用工况 注水泵进、 出口阀门全部打开, 回流闸门关闭, 变频器闭环运行。 调节注水泵电机转速, 保证出口泵压为 11. 0 M P a 左右, 注水量达到地质配注要求, 运 行情况完全满足全油田注水要求。 3应用效果分析 3. 1经济效益 通过对注水泵电机每天运行的耗电量进行了统 计, 并与使用变频器前的统计数据进行比较、 分析, 其耗电量下降十分明显 (见表 2)。戴广平. 电动机变频器与电力拖动 M . 北京: 中国石化出版社, 1999. 范德明, 等. 工业泵选用手册 M . 北京: 化学 工业出版社, 1998.12
