聚合物注入過程節能降耗措施研究

周明陽（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

1 建立能效對標

能效對標是一種相對較新的企業績效管理方法，是企業對標管理的一個重要方面，通過能效對標，能夠找出管理上的薄弱環節，提高能源利用效率，提升節能工作管理水平[1]。通過對比分析年電力能耗指標數據，實現縱向對標；通過對比不同注入工藝能耗數據，實現橫向對標（表1、圖1）。

圖1 不同注入工藝能效對標

通過縱向對標，近幾年，在積極采取各種有效節能措施后，堅持管理節能與技術節能雙向突破，取得了較好成效，不同工藝注聚單耗均有所下降。但通過橫向對標，不同注入工藝注聚單耗存在一定差異，采用單泵單井工藝流程注入方式比采用一泵多井工藝流程和比例調節泵工藝流程的單耗要少，其原因主要是采用一泵多井工藝流程和比例調節泵注入工藝流程的注入方式因各注入井注入壓力不同，注聚泵需工作在最高注入井的壓力上；不同工藝流程能耗節點的差別，使不同注入工藝能耗損失也有所不同。

2 能耗節點分析

2.1 單泵單井工藝能耗

單泵單井注入工藝流程簡單，注聚能耗主要發生在注聚泵、靜態混合器、注入管線等部分，每臺泵與每口井壓力流量均相互對應，能量利用充分，且單泵單井注入工藝每臺注聚泵均配備變頻器，所以注聚泵能耗相對其他2 種工藝要小。但當地質方案變化時，會出現注聚泵排量與方案要求不匹配，同時使變頻器工作頻率不在合理范圍內，注聚泵電動機的工作特性需從低壓變壓器吸收較大的無功功率，造成電能的損失。

表1 注聚系統不同工藝注入單耗統計

2.2 一泵多井工藝能耗

在采用一泵多井工藝流程注入方式中，相對單泵單井工藝增加了母液流量調節器部分，不同聚驅階段單井注入壓力和系統工作壓力各不相同。在注聚初期壓力相對較低，注聚中期注入壓力會升高，由于地質和開采等方面的因素，各單井的上升幅度不一樣，導致單井注入壓力差異較大。為了滿足少數幾口壓力高的井的注入要求，就必須使匯管壓力達到最高的壓力要求，而使整個注聚系統始終在較高壓力狀態下運行，造成部分井壓力損失嚴重，導致系統能耗量增大。一泵多井注入工藝通過流量調節器調控單井的注入量，1 條母液匯管至少帶10 口以上注入井，由于匯管壓力恒定，單井間壓力不同，導致部分流量調節器前后壓差增大，同時流量調節器卡堵也會造成壓力增大，導致能耗增加。

2.3 比例調節工藝能耗

在采用比例調節泵工藝流程注入方式中，1 臺泵對應3～5 口注入井，相對于一泵多井取消了母液匯管與流量調節器，但液力端每個液缸都有1 個流量調節裝置（圖2）。通過調節柱塞嵌入泵液缸體中的流量來實現排量的線性調節，單缸流量可實現理論排量的50%～100%隨意調節，但流量調節幅度越大，高壓聚合物溶液回流率越大，注聚泵能耗越大。投產注聚前，比例調節泵的運行參數是按照最初地質方案設計的，注聚后部分單井沒有實現同流量注入井匹配在同臺泵上。由于這部分井注入量不同、注入壓力不一致，注聚泵需工作在最高注入井壓力上，在調節過程中與配注方案不匹配的井，就會有一部分母液由高壓回到低壓，回流量越大造成聚合物溶液單耗越大。

圖2 比例調節泵母液調節裝置剖面

3 不同注入工藝節能降耗措施

3.1 調整優化，降低系統能耗

合理匹配電動機功率。注入泵出廠時設計的電動機配用功率一般是負荷所需功率的1.5～2 倍左右，即使注入泵在額定排量下運行，電動機還有一部分剩余功率，同時消耗大量的無功功率。因此，通過研究在滿足泵所需功率和地質注入方案要求的前提下，按軸功率的1.1～1.3 倍選擇電動機功率，從而避免無謂的電能消耗。為此，在4-3#注入站更換19 臺注聚泵電動機，其中2 臺從55 kW 更換成22 kW，13 臺從18.5 kW 更換成11 kW，4 臺從22 kW更換成15 kW，減少了電能的消耗（表2）。

表2 注聚泵電動機更換前后對比

合理優化電動機頻率。為準確掌握變頻器實際節電能力、確定注聚泵最佳運行頻率【2】，在4-3#注入站開展現場試驗，選擇了5 口注入井（注聚泵電動機功率為15 kW），在注入量不變的情況下，檢測不同頻率下電流變化情況（圖3）。

圖3 不同頻率能耗變化曲線

從檢測的數據可知，注聚泵在低頻運行時，電流偏高，隨著運行頻率增加，電流下降，在35～45 Hz區間內電流最低，隨著運行頻率繼續增加，電流上升。

注聚壓力編組，降低壓力損失。北北塊在上返初期分別對4 座注入站地層剖面進行了調整，不同單井注入壓力和系統工作壓力各不相同，各單井的上升幅度不一樣，導致單井注入壓力差異較大。

為了滿足少數幾口壓力高的井的注入要求，就必須使匯管壓力達到最高的壓力要求，而使整個注聚系統始終在較高壓力狀態下運行，造成部分井壓力損失嚴重，導致系統能耗量增大。因此，在一泵多井工藝中可以根據注入壓力的變化與注入量的要求，及時采取壓力編組，把壓力相當的井編到1 個組，可以分為高中低3 組，采用單泵對應單套編組，這樣可以適當降低中、低組泵的運行壓力，不需要使整個匯管都保持在較高的壓力狀態。以3-6#注入站為例：可以根據實際的注入壓力情況，合理進行編組，注入壓力主要集中在12 MPa 左右，最高注入壓力為14.0 MPa，可以分為以下3 個編組（表3）。

表3 3-6#注入站壓力編組情況

由表3 可知，對低檔編組可以降低運行壓力3.6 MPa，而中檔編組可以降低運行壓力2.6 MPa，即可以滿足注入要求，這樣1#、2#泵能耗可以降低約24.6%，3#、4#泵可降低大約11.0%。其他4 個站的情況基本相似，按照這樣計算，可以使整個系統的能耗降低11.8%，仍然可以滿足注入要求。

流量匹配分組，降低壓力損失。喇北西二區采用一泵三井比例調節注入工藝，1 臺泵對應3 口注入井，投產注聚前，比例調節泵的運行參數是按照最初地質方案設計的。注聚時，部分單井注聚方案根據水驅階段的實際狀況進行了調整。沒有實現同流量注入井匹配在同臺泵上，由于這部分井注入量不同、注入壓力不一致，注聚泵需工作在最高注入井壓力上。根據注聚泵的單缸流量、每臺泵所轄井的注入方案進行流量編組（3 口井為1 個組），把流量相同的井編到1 個組、調整到1 臺泵上，通過站外單井管線調頭實現調整，降低同臺泵上3 口井注入壓差，采取此方法共調整了57 口井。調整后，57 口井所在比例泵的平均工作電流下降了2.6 A，年節電2.85×104kWh。

調整設備參數，減小母液回流率。比例調節泵設計流量調節范圍為50%～100%之間，在調節過程中與配注方案不匹配的井，就會有一部分母液由高壓回到低壓，不僅對黏度造成一定的降解，而且回流量越大造成聚合物溶液單耗增大。采取調整同臺泵上的單井柱塞直徑、調整皮帶輪等綜合措施，把方案注入量調整到單缸流量的85%，先后共調整了114 口井。通過精細調整運行參數，使單缸母液回流率由25%降至15%，有效提升了比例調節泵系統效率，降低系統能耗；通過精細調整運行參數，還降低了彈簧調節行程，延長了調節彈簧工作時間，調整后彈簧的平均使用時間由16 天延長至39 天。每口井每年可節約材料費0.48 萬元，區塊全井可創經濟效益131.36 萬元。

3.2 管理提升，降低系統能耗

管損增大勢必造成流程堵塞，增加地面設備能耗；泵進口過濾器堵塞、泵閥密封不嚴等情況將導致注聚泵容積效率降低，能耗增加；靜態混合器堵塞后，壓差增大，系統能耗增加；通過系統分析，對以上影響系統能耗的關鍵環節進行逐點梳理、跟蹤管理：

◇每月核實注聚井管損情況，對管損超過0.5 MPa的注入井進行地面管線沖洗、化學清洗等方法降低管損，真實反映注入壓力；

◇定期清洗泵進口過濾器及泵閥，避免柱塞泵供液不足導致注聚泵容積效率下降；泵閥密封不嚴或泵閥彈簧變形損壞后及時清洗或更換泵閥組件，避免高壓下泵閥處流體發生倒流現象，容積效率降低；

◇發現靜混前后壓差或黏損增大時，及時拆卸靜態混合器進行清洗，避免發生靜態混合器能量損失過高現象。

通過系統梳理分析，對以上影響注入質量的關鍵環節進行逐點跟蹤管理，保證地面工藝不節流、不堵塞，提高了系統效率，降低了能耗損失。通過采取逐點梳理、跟蹤管理，實際檢測注入井平均管損控制在0.2 MPa 以內，注聚泵容積效率在90%～95%之間，可使注聚單耗下降0.2 kWh/m3。

4 結論

1）建立能效對標，縱向對標不斷挖掘節能潛力，橫向對標發現不同注入工藝的能耗差異，針對不同注入工藝能耗節點進行分析研究。

2）注聚系統能耗是注入過程中最主要能耗點，需采取流量匹配分組、壓力編組、優化變頻工作區間、電動機功率合理匹配等技術措施提升系統的運行效率；通過系統梳理分析，對影響注入質量的關鍵環節進行逐點跟蹤管理，保證地面工藝不節流、不堵塞，降低系統能耗損失。

[1]張鵬.油田注水系統能耗損失原因分析與對策[J].石油石化節能,2013,28（6）:55-57.

[2]胡道春,孫冰.油田注水系統節能技術適應性分析[J].石油石化節能,2013,28（6）:21-22.