淺談沈三聯注水系統能耗及節能措施

陳彬

摘 要：注水在油田生產中廣泛應用，油田注水開發是國陸地油田開發的一種重要方式，但油田注水系統的耗能也相對很大，隨著油田綜合含水率的上升，注水能耗還將急劇上升，因此，開發油田注水系統節能技術是當前工作的重點。本文結合沈三聯生產實際，簡單對注水系統提出幾點建議，即可以降低了站內的能耗，也能減少了安全隱患。

關鍵詞：節能降耗 高低壓分注 變頻

1 注水系統模型及能耗分析

（1）注水系統模型

（2）能耗分析

根據能量守恒定律可得：W0 = D1 + D2 + D3 + W3 = ？D + W1

式中，W0—注水系統的能耗，D1—電機損失，D2—機泵損失，D1—節流損失，W1—管網摩擦及注入井口最終能耗， W1取決于涉及管路，基本不能改變，因此只有想辦法改變D1、D2、D3。

根據國內油田的調查，對注水系統的能損可作如下分析：

（1）D1在整個能量損失中占5%—10%，其大小主要取決于電機自身的無用功消耗，與電機效率成反比，對同一注水系統而言，與設計的機型和用戶的維護有很大關系；

（2）D2在整個能量損失中權重最大，約60%—70%，其損失量主要由機械摩擦、容積漏損構成，并且與水泵效率成反比；

（3）D3為整個能量損失的15%—20%，主要由泵出口閥的節流損失組成，主要由泵的排量和壓力與實際所需不匹配造成；

綜上所述，要降低注水能耗，必須從這幾個方面入手，比例越大、挖潛空間越大。

2 節能措施分析

2.1 合理匹配電機型號

選擇電機應該與注水泵合理匹配，避免大馬拉小車.電機出力不足，無功功率損失大.因此，在選擇電機功率時，應根據實際所需功率選擇。泵功率有如下公式：

Q是水泵的排量，H是水泵的楊程， 是液體的密度，g是重力加速度， 是泵的效率。

對于沈三聯高壓注水泵，它的排量為140m3/h，H為2080m，效率為80%，密度為0.85*103kg/ m3，計算出泵功率P=（140×0.85*103×10×2080）÷（3600×80%）=860kw，根據設備的管理規定，注水電機的功率應是注水泵功率的1.2-1.4倍，取1.2倍，計算可知所需電機功率為1050kw，目前使用電機功率為1250kw，只起運一臺離心泵，這樣每小時可以節省200kw.h電。

同理，再對兩種型號的電泵進行計算，得出20/1650型號的電泵可以選擇120kw電機，25/2000型號的電泵可以選擇150kw的電機，這樣相比原來，每小時分別可以節省40kw.h和70kw.h電。

目前沈三聯采用一臺注水泵及一臺電泵長運的方式注水，如果更換電機后，年創效約達150萬元，足夠采購電機的費用。

2.2高壓變頻調速，降低注水單耗

常溫情況下油田高壓注水采用閘板閥們來調節流量和壓力。根據工藝要求，不可以長時間小排量運行，否則泵內溫度升高會造成氣蝕和機件損毀等問題，過去都采用大回流方法降低溫升，造成電機做了太多無用功，給聯合站帶來了嚴重的能耗損失。現在采用變頻器變頻調速的方式來滿足生產需要，使可以隨意地控制高壓注水泵流量和壓力的變化。沈三聯合站采用壓力閉環控制注水壓力，以注水恒壓進行注水，杜絕回流。

沈三聯采用工頻注水時最高壓力可達20Mpa，而使用變頻器將壓力降到18.5Mpa，壓力與轉速的平方成正比，（n1/n2）2 = 20/18.5=1.08，轉速比n1/n2 = 1.04，而功率與轉速的立方成正比，因此得出p1/p2 = 1.043 = 1.125，可以計算出前后功率差值， =1250×（1-1/1.125）= 139kw，年創效約為80萬元。

2.3 注水泵減級技術

針對注水泵機組注水能力超出實際注水量較大的機組，采取注水泵拆級改造措施。目前沈三聯合站注水崗采用的是DFJ140-160×13型號注水泵，可以將注水泵葉輪數由13級將至12級，減少揚程160m，這樣相應的可以降低泵壓，泵管壓差也可以減少0.3-0.5Mpa，提高泵效，減少了耗能。

2.4高低壓分注，提高管網效率

一是根據系統內的不同注水壓力等級實施分系統注水，選取一定注水范圍內注水井數較多的壓力等級作為主要供水壓力等級。沈三聯合站目前采用高壓注水泵和電泵統一壓力為高低壓井注水，這無疑是增加了無用能耗。調取了2008年和2014年注水數據分析：08年采用3臺高壓電泵和3臺低壓電泵分壓注水時的單耗明顯要比14年采用一臺高壓離心泵注水時的單耗低，單耗對比圖如下：

沈三聯日均注水量目前約為3500m3，瞬時量為140m3/h，三臺高壓電泵和低壓電泵排量分別為25和20 m3/h，總和135，基本可以滿足需要。而采用高壓離心泵每小時最大耗電可達1250kw.h，采用電泵每小時消耗1140kw.h，可以節約110kw.h電，一年可節約96萬度電。

二是實施注水管網調整改造，減少管道摩擦阻力損失。針對部分管線的腐蝕嚴重，承壓能力下降，摩擦阻力增大，要及時更換調整，對結垢嚴重的管線要及時上報酸洗。

3 結論

1、合理選擇與注水泵匹配的電機，降低電機損失。

2、采用變頻調速技術可以提高系統效率，有效杜絕節流損失，節能降耗效果明顯。

3、對注水泵適當減級，降低泵管壓差，提高泵效。

4、根據不同壓力等級注水井實施分壓注水，可以降低能耗。