變頻裝置在油田生產中的應用

夏建聰（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

目前，國內一些油田的開發已基本進入中后期，大慶油田進入特高含水期后，油田生產規模不斷擴大，勘探開發投資壓力不斷增大，加之水、電等主要物耗價格上漲，成本控制難度越來越大。因此，采油廠在注水系統、集輸系統等方面已逐漸推廣應用變頻技術。從而降低了電能的損耗，為油田的節能降耗做出了貢獻。

1 問題的提出

在油田原油生產過程中，油氣集輸、含油污水處理、油田注水、水源井供水等主要生產工藝大部分是通過各種泵、空氣壓縮機來完成，其用電量占油田總用電量的70%～80%。目前，這些油泵、水泵和空氣壓縮機大都處于電動機驅動恒速運轉狀態，由于設計時考慮到油田發展的需要，選型時一般選擇容量較大的電動機，使得大多數泵站都存在大馬拉小車的現象；另一方面，隨著油田開發程度的加深，注采、集輸等要求的不斷調整，很大一部分油、水泵處于變工況狀態下運行，因此在運行中普遍存在著離心泵節流、往復泵打回流的現象，造成電能損失巨大。下面分三方面進行闡述。

1.1 輸油系統

輸油泵是油田生產運行中主要能耗設備。由于泵的特性和管路特性不匹配，在實際運行中需要根據運行工況控制輸油泵出口閥門的開度來調節流量，以滿足生產工藝的需要。這種流量調節方式在輸油泵出口閥門前后產生較大的泵管壓差，大量的能源消耗在泵出口閥前后，造成能源的浪費。

離心式輸油泵在其額定工況下的效率最高。但由于管線流程阻力、管線結垢情況、原油溫度的高低而發生變化，在工藝流程設計時，往往按可能發生的最大工況選擇泵型，離心泵電動機功率的選配，儲備功率太高，再加上現有轉油站的產液量增加或減少了，因此，使得離心式輸油泵很難在額定工況運行，輸油系統效率很低。通過改變泵的轉速就可以實現改變泵的排量、揚程。這是一種改變泵的工況的最佳途徑，也就是說，通過改變電動機的轉速來實現離心泵的調節。

因此在輸油泵機組上推廣應用變頻調速系統，可以實現通過改變輸油泵的轉速進行不同的工況調節，消除泵管壓差而產生的節流損失，降低了輸油單耗，節約了電能，改善了工藝。

1.2 摻水系統

目前摻水泵運行存在的問題是，摻水系統摻水泵電動機功率比較大，均為普通電動機，電動機負載利用率低，無功損耗大，同時，在人工控制摻水泵出口閥門時，因為油井生產的不確定性，往往造成摻水過多，致使能量浪費；或摻水太少，不能起到良好的摻水效果，影響油井的生產。在用水低谷時，對系統的調節工作量較大，人工調節跟不上時，導致系統壓力過高，使油田管網系統損壞。而且通過閥門調節實現水量的控制，不僅工作量大，且大量的電能白白浪費在管路和閥門上。特別是季節的變化，摻水量變化也大，摻水泵的外輸量不能隨著需求量的變化而進行調整，造成能源的浪費（污水和用電）。所以，為了保證摻水系統連續、安全、可靠運行，使其滿足水量要求又使能耗電量最小，從而達到節能的目的，必須要對摻水泵系統實行變頻技術改造。

1.3 注水系統

油田注水站注水泵在使用變頻裝置調速之前，都是用工頻啟動設備，機泵在恒速下運行，在實際生產中，由于注水系統的不穩定性，使得泵站壓力經常發生變化，當壓力超過或低于規定值時，只能靠人為的起停泵或打回流（注水泵以一定的壓力、排量運行時，為滿足注水井計劃注水量的要求，在注水泵出口處把一部分回流到儲水罐）來調節壓力，此種調節方法很難達到注水要求，如果停一臺機泵，則壓力達不到要求，不停機泵，則壓力太高。因此，長期以來，泵站經常處在超壓或欠壓狀況下運行，既影響穩壓注水又浪費電能。應用變頻控制技術，從根本上解決了這一影響注水質量及注水效率的難題。通過改變注水泵電動機轉速來調節注水泵排量，不僅可減少回流量，實現穩壓注水，還可以提高管網效率，減少電耗，達到節能的目的。

2 變頻器的使用情況

采油廠使用變頻裝置的數量逐年增加，在轉油站、聯合站、注水站、注聚站、計量間都有使用。據統計，應用效果較好。臺Ⅰ聯應用變頻裝置的前后對比見表1、表2。

從表1和表2可以看出使用變頻器后機泵的電量消耗明顯降低。以臺Ⅰ聯摻水泵1月份為例，變頻前摻水泵月耗電量為57981kWh，日耗電1870 kWh；變頻后月耗電量為48005kWh，日耗電1548kWh，日節電量322kWh。以每度電費用為0.51元計算，日節電164元，每年可節約電費59860元左右，經濟效益十分可觀。

表1 臺Ⅰ聯1#、3#摻水泵安裝變頻前后耗能對比

表2 臺Ⅰ聯2#、3#外輸泵安裝變頻前后耗能對比

2013年3月采油廠在葡A注水站安裝了前置變頻裝置，并投入使用，注水站平均泵壓控制在15 MPa左右，管壓為14.9MPa左右，注水電動機的電流由原來的125A降到90A，在泵排量和出站壓力不變的情況下，注水泵日平均耗電量由26400kWh降到24500kWh，降低了1900kWh，泵水單耗由原來的7.81kWh/m3降到6.97kWh/m3，降低了0.84kWh/m3。見表3。

表3 葡A注水站變頻安裝前后數據對比

表4 葡B注水站變頻安裝前后數據對比

葡B注水站前置變頻在2013年6月20日投運，注水站泵壓控制在15.1MPa左右，管壓為15MPa左右，注水電動機的電流由原來的180A降到155A，注水泵日平均耗電量由40320kWh降到36520kWh，降低了3800kWh，泵水單耗由原來的5.81kWh/m3降到4.92kWh/m3，降低了0.89kWh/m3。見表4。

3 結論

1）節能效果明顯。電動機采用變頻調速，可以使電動機和驅動的傳動機械變速運行，對于相同負荷定速運行的耗電量明顯降低，速度越低越省電。同樣也降低了變電、輸電的有功和無功負荷。

2）安裝變頻裝置可實現生產過程中的自動控制，安裝調試方便，操作簡單，能大幅度地簡化操作人員的操作程序，降低勞動強度。

3）由于使用變頻使電動機的頻率下降，大大降低了噪聲及振動，改善了現場工作環境，同時避免了“大馬拉小車”的現象。

4）由于設備轉速降低，設備工作平穩，磨損減少，延長了設備的使用壽命和檢修周期。

5）使用變頻調速系統后，由于注水壓力始終保持恒定，一方面保持了地下壓力的平衡，取得了良好的驅油效果；另一方面對油井及含油層有一定的保護作用，能夠做到文明開采，延長油井壽命。

6）加大變頻調速技術在油田自控系統中的應用，將是今后油田生產和設備管理的必然趨勢。