泵控泵技術在海一聯注水系統的應用

馬強，陳麗，馮云亮

(1.中油遼河油田公司金馬油田開發公司，遼寧盤錦124010;2.東北石油大學，黑龍江大慶163318)

泵控泵技術在海一聯注水系統的應用

馬強1，2，陳麗2，馮云亮1

(1.中油遼河油田公司金馬油田開發公司，遼寧盤錦124010;2.東北石油大學，黑龍江大慶163318)

注水開發油田的注水電耗占原油生產總成本的比例較大，為降低能耗，通過對泵站改造方案的比較和泵串聯特性分析，提出了用增壓泵控制串接大功率注水泵的泵控泵(Pump-Control-Pump)技術。PCP技術在海一聯合站注水系統的應用，解決了注水泵泵效低、泵管壓差大、單耗高等問題，節能效果明顯。

海一聯合站;油田注水;泵控泵技術;節能

油田注水是我國陸上油田開發中重要技術措施之一，它有效地補充了地層的能量，對提高原油采收率，確保油田高產、穩產起到了積極的作用。然而注水系統的耗電量巨大，隨著油田綜合含水率的上升，注水能耗還將急劇上升。在注水地面生產系統能耗中，機泵損失占近40%［1］。因此高性能注水設備的自動化及改造總體方案的優化對提高注水系統效率具有重大意義。

1 注水泵運行存在問題

遼河油田海一聯注水泵站安裝有DF160-150×11型注水泵3臺套，DF140-150×11型注水泵1臺套，其中1#、2#和4#注水泵裝有液力耦合器，正常生產運行三臺機組，運行狀況見表1。

表1 注水泵運行狀況

注水泵運行存在的主要問題為:

1)泵管壓差較大，無功損耗高。海一聯注水泵日注水量在9 456 m3，設計日注水量11 040 m3，注水泵出口閥門節流嚴重，泵管壓差(4.6 MPa)比較大，造成效率低、電耗能量大，注水生產成本大。造成此情況是由于不同時期油田開發配注量的調整，以及洗井、管道破裂等原因，使油層注入壓力和注入量處于變化中，造成注水泵排出量與配注量不匹配。為了適應注水量變化的需求，一般通過人工調整開泵臺數或調節出口閥門來控制流量，泵機組在節流狀態下運行，使得注水泵運行偏離了高效區，且閥門處又因節流損失了大量的能量，如果人工調節不及時，將影響油田正常注水。

2)注水泵的壓力和流量沒有高效調節的手段。海一聯注水泵站1#、2#和4#注水泵的流量調節是通過液力耦合器來進行。液力耦合器是一種耗能型的機械調速裝置，調速越深(轉速越低)損耗越大，特別是恒轉矩負載，由于原傳動輸入功率不變，損耗功率將轉速損失成比例增大，由于負載轉矩按轉速平方率變化，原傳動輸入功率則按轉速的平方率降低，損耗功率相對小一些，但輸出功率是按轉速的立方率減小，調速效率仍然很低，一般的調速效率平均在50%左右。3#注水泵通過調節注水泵出口閥門開度進行調節，在配注量降低的工況下，注水泵閥門調節開度可以滿足注水需求，但會造成注水泵管壓差變大，無功損耗加大;在配注量增加時，超過注水泵排量時(注水泵電機不超限的最大排量)，閥門全開也不能滿足配注需求。

2 PCP技術

2.1 PCP技術原理

PCP技術是基于離心泵串聯和離心泵變頻技術，該技術改造的主要原理是對注水泵進行拆級降負荷處理，在保證注水泵滿負荷運行的前提下，用增壓調節泵來彌補不足的注水揚程。注水泵其降負荷的多少主要依據注水干壓力和增壓調節泵的揚程變化范圍，即注水干壓減去增壓調節泵的揚程(一般取增壓調節泵額定揚程的80%)為注水泵拆級后的揚程，其中還要考慮注水泵的單級揚程，盡可能地使注水泵所需揚程為注水泵的單級揚程的倍數。對注水泵減級降負荷和增壓調節泵進行匹配，通過調節前端增壓調節泵的轉速，來改變增壓調節泵的輸出參數(排量和揚程)，使注水泵始終工作在高效區(注水泵額定排量的±10%)，即注水泵滿負荷運行，再通過增壓調節泵進行注水干壓的調節，從而達到降低注水單耗的目的［2］。

由于注水站注水量是一動態變化量，在方案設計時一般按額定排量設計，因此在配注量小于注水泵額定排量時，若需要人為限流而且需要憋壓運行時，就會出現泵管壓差。PCP增壓調節泵為一寬頻泵，在電機轉速變化范圍較大的區間(25～50 Hz)均可運行，而且增壓調節泵泵效變化不大。

PCP技術原理流程見圖1。該系統由一臺注水泵和一臺增壓調節泵、注水泵驅動電機、增壓泵驅動電機及保證運行的潤滑系統、水冷卻系統、供電系統、儀表測控系統、變頻調速系統、計算機控制系統等組成［3］。

2.2 節能原理

2.2.1 主泵降負荷減級，降低泵管壓差

注水站為保證生產，一般主泵配備壓力會稍高，通過閥門不全打開，采用憋壓運行(如果打開就會出現流量加大注水干壓提高，這樣就會出現超注或者超過注水管配壓要求)，這樣能源就浪費在閥門上;采用PCP技術后，主泵進行減級處理，主泵壓力等級降低(建站初期設計時泵的功率一般會有余量)，再由增壓調節泵來承擔部分壓力和流量的控制，保證系統壓力和流量的滿足，主注水泵出口閥門可以完全打開，實現節能降耗。

2.2.2 改善注水泵工況

增壓泵的加入，提高了注水泵入口壓力，使注水泵的工作點向高效區移動，從而改善了注水泵的工作狀況，因此其注水泵的效率得以增加。

2.2.3 高效泵替代部分低效負荷，提高系統效率

PCP技術的設計思想:原先完全由注水泵輸出的能量，現在由增壓泵來承擔一部分。由于注水泵是多級泵，泵效相對偏低，而增壓泵為平衡離心泵，泵效相對比較高。由高效率的增壓泵來替換低效率的注水泵(注水泵拆級后減小揚程)，再加上增壓泵還可以進行變頻調節，更進一步節約能量。

2.2.4 注水系統與管網需求高效動態匹配，不增加無用功

PCP技術改造后，在一定范圍內，可根據配注需求，可進行壓力調節和流量的適應變化，這樣可最大限度對泵管壓差進行減少，直到趨于零。而泵管壓差的降低，實際上就是系統有用功率的提高，從而達到節能的目的。

3 海一聯注水系統的PCP技術改造

海一聯1#和3#注水泵為DF160－150×11型注水泵，額定流量160 m3/h，單級揚程150 m，對1#和3#注水泵進行PCP技術改造，對1#和3#注水泵分別進行匹配拆級處理(拆掉兩級)，1#和3#注水泵在額定排量160 m3/h時，注水揚程下降300 m，對注水泵降級處理后，揚程下降300 m，通過串聯匹配增壓調節泵，實現壓力、流量的調節。在注水流量為190 m3/h時，注水泵揚程為1 200 m，此時開啟增壓調節泵(增壓調節泵調節范圍0.3～1.3 MPa)，則只需要開啟1#和3#注水泵及相匹配的PCP調節泵就可實現干壓12.5 MPa，流量380 m3/h的注水需求。這樣在系統排量和壓力有保障的的前提下滿足注水需求，最大限度節約能耗。系統工藝流程見圖2。

通過海一聯合站注水泵PCP技術改造，節能效果見表2。

表2 PCP技術節能效果

4 結論

PCP技術主要適用于油田注水泵站新建或改造，特別適合于油田大功率離心泵站的節能和壓力、流量調節改造。注水泵站應用PCP技術后，可以實現注水壓力和流量自動調節，且提高了泵站的自動化水平，充分利用了原有設備，為泵站節能運行提供了有效的控制手段。

［1］陳濤平，胡靖邦.石油工程［M］.北京:石油工業出版社，2000.

［2］劉東升.油田注水生產系統節能技術［M］.北京:石油工業出版社，2003.

［3］吳九輔.泵控泵自動化注水泵站系統［M］.北京:石油工業出版社，2007.

Application of Pump Control Pump in Water Injection System for Hai-1

MA Qiang1，2，CHEN Li2，FENG Yun-liang1
(1.Exploration Company of Jinma Oilfield，Liaohe Oilfield，Panjin 124010，Liaoning，China;2.Northeast Petroleum University，Daqing 163318，Heilongjiang，China)

The electric power consumption of water injection of oilfield accounts for a larger proportion of the total cost of production.By comparison of the reconstruction plan of pumping stations and pumping series characteristic analysis to reduce energy consumption，the paper presents the technology of power booster injection controlling high power pumps(Pump-Control-Pump).The application of PCP in water injection system for Hai-1 solved the problems of low pump efficiency，large pressure，and high consumption of injection pumps，which saved energy significantly.

Hai-1 station;oilfield water injection;pump control pump technology;energy saving

TE357.6

B

1008-9446(2011)01-0025-04

2011-02-21

馬強(1980－)，男，遼寧阜新人，遼河金馬油田開發公司生產技術科工程師，東北石油大學在讀工程碩士，從事采油管理工作。