大慶油田聚合物注入站能耗分布及節能潛力

王經天 梁智鵬東北石油大學大慶油田電力集團

大慶油田聚合物注入站能耗分布及節能潛力

王經天1梁智鵬21東北石油大學2大慶油田電力集團

聚合物驅油是維持油田高產穩產的三次采油方法之一。在注聚過程中，為了保證聚合物的黏度，其注入工藝與注水工藝有著一定的區別。在注入站總能耗中，混合液出站進入注聚井口的有效能占69.25%，除此之外，注入站管網及靜態混合器的損耗占總能耗的20.47%，主要是高壓來水的閥門節流和彎管損失。降低管網和注入泵的能耗是提高注入站系統效率的關鍵。從Y280S—6電動機（45kW）的效率曲線可以看出，當電動機負載率在15%時，其電動機運行效率為75.1%，與其額定效率91.8%相比，效率下降超過15%，因此提高電動機運行負載率是降低電能損失的有效途徑。

注入站；能耗分布；節能潛力；注入工藝；變頻

聚合物驅油是維持油田高產穩產的三次采油方法之一。在注聚過程中，為了保證聚合物的黏度，其注入工藝與注水工藝有著一定的區別。聚驅系統是在原有注水工藝的基礎上，增加了聚合物母液生產裝置、聚合物注聚泵以及保持聚合物與水混合均勻的混合裝置等，聚合物注入站能耗在注聚系統占90%以上，因此搞清注入站能耗分布及節能潛力，是降低注聚系統能源消耗的關鍵。

1 注入工藝流程

大慶油田聚合物注入站有3種工藝流程。

1.1 單泵單井注入工藝

配制站輸送來的聚合物母液在高架母液儲罐緩存，采取自然供液方式經過濾器進入升壓泵，廠房內按轄井數設泵及閥組，單泵對單井，泵出口設流量計，根據各井的開發配注量變頻控制泵排量。單井配水閥組設流量計，根據單井配聚量，按比例調節水量，然后母液和水在混合器內混合后注入各單井。

1.2 單泵多井、三管（多管）分壓注入工藝

配制站輸送來的聚合物母液在高架母液儲罐緩存，然后經軟連接彎管、過濾器進入升壓泵，由一臺大排量注入泵給多口注入井提供高壓聚合物母液，單井母液設流量調節器，根據單井配聚量進行母液調節。流量調節器將單井母液流量信號傳至單井水閥組的自動混配比調節閥，以水追母液的控制方式將水和母液按一定比例混合稀釋成低濃度聚合物目的液，輸至各單井。為解決單井注入壓力不同的問題，采用三匯管分壓配注，將每口井分別與各匯管連接，滿足同一壓力的井在同一匯管運行，減少了單井壓力和流量調節時的能量損失和黏度損失，避免了單井注入方案不好調整等矛盾。

1.3 比例調節泵注入工藝

利用比例調節注入泵單缸可調的特點，采用一泵對三井或一泵對四井，單缸對單井的工藝，取消單井母液流量調節分配環節的母液匯管和流量調節器，由于注入泵單缸排量可手動調節，取消了注入泵變頻設施，簡化了注入站的自控系統。與常規三柱塞注入泵相比，比例調節注入泵每個柱塞液缸都有一個手動流量調節裝置，可調范圍為50%～100%，注入泵可實現單缸操作;高壓配水采用電磁閥自動調節，然后與高壓水混合稀釋成低濃度聚合物目的液，再送至注入井。

2 注入站能耗分布及節能潛力

2.1 注聚系統能耗分布

油田注入站系統主要由變頻器、電機、傳動皮帶、注聚泵、泵出口調節閥、注聚管網、靜態混合器及注聚井口等構成。除了注入井內的有效能量外，系統能量主要消耗在變頻器、電機、傳動皮帶、注聚泵、泵出口調節閥、注聚管網和靜態混合器各處，由此構成了注聚系統總能耗。通過對大慶油田21個注入站的能耗進行測試分析，得出注入站及注入泵機組能量消耗分布。注入站能量消耗分布見表1，注水泵機組能量消耗分布見表2。

從測試結果看，在注入站總能耗中，混合液出站進入注聚井口的有效能占69.25%，除此之外，注入站管網及靜態混合器的損耗占總能耗的20.47%，主要是高壓來水的閥門節流和彎管損失。其次是注聚泵損耗占總能耗的5.68%，管網和注聚泵二項能耗損失占總損失能的85%以上。因此，降低管網和注入泵的能耗是提高注入站系統效率的關鍵。

表1 注入站能量消耗分布

表2 注入泵機組能量消耗分布

從注聚泵機組能耗來看，在注入泵機組總能耗中，除泵輸出有效功率占65.64%外，泵損失能耗占總能耗的20.38%，其次是電動機損失能耗，占總能耗的11.97%，這二項能耗占總損失能的90%以上。因此，提高注入泵容積效率和機械效率，降低電動機損耗，是提高注聚泵機組效率的關鍵。

2.2 能耗分析及節能潛力

（1）管網損失偏大。從測試情況看，在注入站各項損失中，管網損失所占比重最大，占注入站總能耗的18.69%，所測試的21個注入站管網總損失功率合計1614kW，年損耗電量超過1400×104kW·h。高壓水進站平均壓力與靜態混合器后混合液平均壓力相比降低4MPa，有的注入站平均壓降達到6.98MPa。按照《油田注水系統經濟運行規范（SY6569）》的有關要求，注水管網的阻力損失宜控制在1.0MPa以內，按此計算，則每個注入站僅降低管網損失一項就可以降低功率57.6kW，年節能潛力為49.5×104kW·h。因此，降低對高壓來水和聚合物的閥門節流損失，采用降低高壓來水的整體壓力，采取對個別有壓力要求的單個井進行增壓；同時，注重注入站管網的優化設計，在分管與總管的連接上，采用斜交連接代替直交連接，減少90°彎管及其他流通截面突變的管件，是降低管網能耗的主要手段。

（2）不同工藝泵效和站效有較大差別。從所測試的3個不同注聚工藝的單項能耗損失占總能耗損失的百分比計算數據可以看出，不同的工藝其各項損失所占比例差別較大。其中：電動機損失和泵損失2項，比例泵工藝是比例最高的，分別占13.02%和25.43%；而管網和靜態混合器能耗損失一項，單泵對單井工藝損失所占比例又是最大的，占總損耗的78%。因此，不同的工藝流程其節能的主攻方向不同。在低效比例泵中，有13.44%的比例泵泵效小于50%，對這些泵運行情況進行分析發現，造成泵效偏低的主要原因：一是一泵對三口井都在注聚，但這些泵的實際排量和理論排量有較大的差距，容積效率大部分小于70%；二是一泵對三口井時，其中有1～2口井在停注，停注的主要原因有的是泵自身的因素，泵的缸套有問題，有穿孔現象，有的是注入井的問題，屬于關井的狀態。因此，調整好泵的運行工況，并加強對泵的保養維護，減少容積損失是提高泵效的關鍵。

（3）提高注聚泵的電力負載率。從測試情況看，部分注聚泵電機運行效率偏低的主要原因是注聚泵電機的平均負載率較低，約為33.35%，“大馬拉小車”情況比較嚴重。從電動機負載率統計結果可以看出，在所測試的注聚泵中，電動機負載率小于30%的占46.60%，而電動機負載率的高低對電動機的效率有很大的影響。從Y280S—6電動機（45kW）的效率曲線可以看出，當電動機負載率在15%時，其電動機運行效率為75.1%，與其額定效率91.8%相比，效率下降超過15%，因此提高電動機運行負載率是降低電能損失的有效途徑。在比例泵的電機配套上應適當地選擇小一個級別的電機基座號，以提高電機運行效率。另外，由于部分電動機運行負載率較低，使得一些電機的功率因數偏低，因此各注入站要將配電柜的電容補償及時投入；同時，為了防止變頻器由于諧波電流疊加在電容器的基波電流上，使電容器電流有效值增大，溫升增高，引起過熱而降低電容器的使用壽命或使電容器損壞，在配電室還應加裝濾波器以保護電容器和其他電器設備。

3 結語

注聚系統聚合物從地面注入到地下，設備的運行工況不但牽扯到地面，更主要的是設備的運行工況要符合地質的要求，是一個系統的工程。因此在保證配注要求的條件下，要系統優化確定注入系統的開泵方案及運行參數，并通過系統配套優化措施，達到系統總能耗最低的目的。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.004