国产高压大功率变频器在油田注水系统中的应用与实践.docx

国产高压大功率变频器在油田注水系统中的应用与实践

中油辽河油田沈阳采油厂蔡国庆梁平
摘要：介绍了油田注水系统中的能耗情况，阐述了国产高压大功率变频器在油田注水系统系统应用后所带来的节电效果，并提出了进一步的改进措施及研究方向
关键词：油田注水高压变频器
一、引言
通过注水井向油层注水，是保证油层压力，提高油藏采油速度和采收率而被广泛采用的一项重要开发措施。在油田注水工程中，注水泵是满足油田注水，保证地层压力的源设备，为了保证较长时期内满足油田注水需要，在设计上注水泵的容量选型一般都较大，同时在实际生产中，日注水量又总是一个波动较大的参数。特别是在高压注水系统中，大马拉小车的现象比较普遍，注水泵泵压与注水管线干压之间存在较大的压差，必须靠控制出口阀门来保证注水管网的注水压力，这样既造成大量的电能被白白的消耗掉，同时又由于泵压较高对机泵的运行也十分不利。在保证油田配注要求的前提下，如何提高注水系统的效率，使其能耗降到最低，一直是我们研究探讨的课题，近几年国产高压大功率变频技术取得了新的突破，为我们在高压注水系统采用交流变频调速装置创造了条件，也让为我们可以通过变频装置依据注水管网需要的压力进行参数设定，自动调节注水量，既节约大量的电能又降低了机泵的损耗，对降低油田生产运行成本有着十分积极的意义。
二、油田注水工艺概况
沈阳油田现有注水站5座，共安装高压注水泵16台，总装机容量23400KW，目前正常运行4-5台注水泵，运行容量7900KW。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。这样，在没有调速措施的情况下，只能通过开泵台数或人工调节阀门来控制流量，必然造成注水系统能耗增高。以采油作业二区为例进行分析：

采油作业二区的注水任务主要由沈二注水站与沈四注水站联网运行共同承担，联网主干管线约8公里，总注水量在8200至9700方/日变动，波动幅度+15%、-20%。该管网中正常启运两台1800KW高压注水泵，注水排量分别为250m3/h（沈二注水站）和200m3/h（沈四注水站），管网平均干压为16.9MPar，泵压为18.9MPar，存在2Mpar的压差，注水量昼夜变化比较大，原设备又只能定速运行，所以只能靠调节阀门的开度来调节注水量的大小，人为地改变了管网的阻力，增加了管网损耗，造成相当大的一部分能量浪费在阀门上，致使注水单耗居高不下，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，影响生产工艺及设备的安全运行，由此看来，如果给注水泵机组加装变频调速装置，泵管压差造成的能量损失就可以大大减小，甚至可能被消除。同时在变频调速装置的参与下，通过优化仿真，根据最优原则运行注水泵和调整注水管网的流量和压力，尽可能减少配水间及井口节流损失，从而使整个注水系统在高效区运行，达到节能地目的。
三、注水系统进行高压变频改造方案
1水泵调速运行的节能原理
水泵工频定速运行时，为了保证管网压力及流量，同时保证电机不过载，只能靠改变泵出口阀门来调节泵的运行。水泵经关阀调节后，在小流量、高扬程（与原工况相对比）的工况下运行，泵

管压差增大，单耗增高。如图一所示。假设水泵原来在工况点B运行时，出口阀门处于全开状态，出水流量为QB，扬程为HB，如果想减少注水量，下降为QA，水泵在没有安装任何调整装置的情况下，只能通过关阀调节使出水量保持在QA，那么就有QA×（HA-HB）的功损失在出口阀门上，这样，不仅浪费了大量电能，而且出口阀门长期在水流冲击作用下故障增多，寿命缩短。
如图二所示为泵的典型的工作曲线，AB是泵的性能曲线，与额定系统压力曲线OB相匹配，在B点可以得到额定压力下的额定流量，在该点泵有最高的效率，关闭阀门可控制流量，当流量减小时，泵分别工作在P、Q、R、S点，此时泵需要在很高的压差下工作，因此泵的的能量输出比实际系统需要多得多，多余的能量在阀上表现为热量损耗，并被液体流动时带走。用泵的输出能量除以泵的效率，可以求得对泵的总输入能量。用调节阀控制减小流量，能量损失相当大。利用变频器调速，使电动机驱动泵在可变速情况下工作，要使得泵的特性曲线与系统在任何流量条件下的需要相匹配，流量与电机转速成正比，产生的压差与速度的平方成正比，因此可得一组特性曲线，如图三所示，无级变频调速后可得到AB～CD无数条水泵特性曲线，管路特性曲线与ABDC形成的阴影带任何一个交点，都可作为工况点与外网水量变化相适应，在较小的扬程下达到P、Q、R、S点所对应的流量，而且只损失很少的能量，其节能效果相当可观。
2设备改造及运行情况
经过我方多次论证，根据采油作业二区注水系统运行及现场实际情况，决定在沈四注水站1800KW注水电机上采用北京利得华福公司生产的HARSVERT-A06/220高压大功率变频器，