前置變頻調速技術在杏七注水站應用分析

王中專 （大慶油田有限責任公司第四采油廠）

前置變頻調速技術在杏七注水站應用分析

王中專 （大慶油田有限責任公司第四采油廠）

前置變頻調速技術是注水泵重要的節能技術之一，對杏七注水站1#注水泵進行了前置變頻調速技術改造。通過對杏七注水站1#注水泵前置變頻調速技術改造后運行情況的跟蹤分析，以及對前置變頻調速能力的研究，找出該注水泵的運行規律，并優選出其運行的適應區間，實現系統單耗下降0.09 kWh/m3。

前置變頻調速；單耗；節能；優化運行區間；調節能力

1 杏七注水站概況

杏七注水站始建于1985年，主要為普通注水系統杏1區3排、2區3排和西干線注水干線供水。該站年泵出水量為 232.80×104m3,年耗電量為1314.75×104kWh。

杏七注水站建有D300-150×11型注水泵2臺，其中2#注水泵采取減級措施，泵葉輪由11級減至10級；1#注水泵減級后又進行前置變頻調速技術改造，主泵為9級葉輪，前置變頻調速泵為單級離心泵。

2 前置變頻調速技術概述

前置泵低壓變頻系統由1臺注水泵、1臺增壓泵、注水泵驅動電動機、增壓泵驅動電動機、變頻器及保障運行的各種控制設備和輔助系統組成[1]。

當注水泵運行壓力大于管壓時，根據泵實際情況拆級后再與單級前置泵串聯，保證注水泵運行在高效區，并利用變頻技術調節前置泵出口壓力降低泵管壓差。計算機控制系統對前置泵實行變頻調速優化控制，控制小功率增壓泵變頻運行，保證注水泵在安全、合理的狀態下運行。

3 改造后注水泵最佳運行區間

3.1節能區間優選

杏七注水站1#注水泵前置變頻改造后，經過多次維修和調試，于2011年5月底投運。跟蹤杏七注水站1#注水泵運行參數，按照站外管壓同值、其他參數平均的方法，統計匯總（表1）。

表1 1#注水泵運行數據統計

根據表1數據繪制泵出水量隨站外管壓的變化曲線（圖1），以便更直觀地發現運行規律。

圖1 泵出水量隨管壓的變化曲線

由圖1可知，當站外管壓低于15 MPa時，注水泵泵水能力隨著站外管壓的變化呈單調變化；且當站外管壓低于14.6 MPa時，注水泵運行能力達到并超過其額定排量300 m3/h，管壓越低，泵出水量越大；當站外管壓小于14.2 MPa時，受泵壓低和出站閥門控制的影響，泵出水量變化趨勢減緩。

圖2 泵水單耗隨泵出水量的變化曲線

由圖2可知，1#注水泵泵水單耗在泵出水量283～324 m3/d范圍內，隨著泵出水量的增加而明顯降低；當泵出水量高于324 m3/h或低于283 m3/h時，泵水單耗隨泵出水量變化趨勢減緩。

杏七注水站1#注水泵在前置變頻改造前，經中石油節能監測中心測試泵水單耗為6.12 kWh/ m3，改造后其泵水單耗有所降低。而該站2#注水泵為同型號的泵，正常工況運行時，平均泵水單耗為5.7 kWh/m3；因此，該站1#注水泵改造后的單耗應小于5.7 kWh/m3。

繪制1#泵泵水單耗隨站外管壓的變化曲線，如圖3所示。

圖3 泵水單耗隨管壓的變化曲線

由圖3可知，當站外管壓小于14.5 MPa時，1#注水泵能達到節能實效；且站外管壓介于14.2～14.5 MPa時，注水泵泵水單耗隨站外管壓呈明顯的單調變化趨勢。

3.2區間可行性分析

2014年6月15日至7月10日，各采油礦共恢復水驅普通鉆關井40口，恢復水量3410 m3/d。截至7月中旬，普通注水系統基本恢復常態運行。此時，普通注水系統平均出站管網壓力為14.88 MPa，井口壓力損失小于0.7 MPa（包含油壓高于14 MPa的注水井）的共有11口，0.7～1 MPa的有53口，1～2 MPa的有62口。井口壓力損失小于0.7 MPa的11口注水井的具體情況如表2所示。

表2 受影響的11口注水井正常注水情況

根據普通注水管網實際運行情況，系統出站平均管壓降至14.2 MPa（降低0.7 MPa），這對普通注水系統表2中11口單井注水壓力會造成影響。

受影響的11口注水井正常實注水量為540 m3/d。8月10日，杏六聯注水站注水泵因電力檢修暫停。8月11日，普通注水系統出站平均管壓降至14.2 MPa,11口井實注水量為458 m3/d，比正常實注水量減少82 m3/d，影響水量占總水量的0.184%，實際影響井數占注水井總數的0.64%。

根據日配注水量低于50 m3/d的井注水上限為120%、高于50 m3/d的井注水上限為115%的原則，可以通過對受影響的注水井周邊同一注水單元內注水壓力低的井進行合理增注，補充影響水量。對于井口壓力損失超過0.7 MPa的注水井，在系統壓力降低后，可以通過開大注水閥門以減小配水閥節流損失的措施，保證正常注水量。因此，14.2～14.5 MPa的運行壓力區間是可行的。

4 前置變頻調速技術應用效果

1）在系統穩定、其他注水站運行狀況不變的情況下，連續跟蹤啟運前置變頻調速技術改造注水泵后系統的運行情況，繪制系統泵水單耗變化曲線（圖4）。

圖4 啟運前置泵前后普通注水系統單耗變化曲線

啟運前置泵前，普通注水系統平均泵出水量為45972 m3/d，普通注水系統泵水單耗為5.65 kWh/m3。啟運前置變頻調速泵后，經過一段時間的穩定，系統泵出水量基本保持不變，系統管壓降幅為0.18 MPa，系統泵水單耗下降至5.56 kWh/m3，降低0.09 kWh/m3。按照系統平均泵出水量計算，可實現日節電4 137.48 kWh。

2）前置變頻調速就是通過調節前置串聯單級泵的運行頻率，改變運行參數，從而實現對主泵的控制，達到節能效果。通過現場試驗，在實際允許的范圍內調節前置泵運行頻率，確定前置泵的實際調節能力范圍。分別繪制前置泵泵壓和出站管壓隨前置泵運行頻率的變化關系，見圖5、圖6。

圖5 前置泵泵壓隨運行頻率的變化曲線

圖6 出站管壓隨運行頻率調節的變化曲線

由圖5可知，在主泵低壓保護壓力的范圍內，前置泵的最低運行頻率為38 Hz，前置泵泵壓調節范圍為0.7~1.5 MPa。在普通注水系統運行4臺D300和1臺D400注水泵的情況下，由圖6可知，前置泵運行頻率對出站管壓的影響范圍為0.21 MPa。

5 結論

1）應用前置變頻調速技術改造的杏七注水站1#注水泵，會使普通注水系統的能耗情況得到改善。根據前置變頻調速能力，在優選出的運行適應性區間內，可實現節能效果的最大化。

2）改造后注水泵的運行參數與站外管壓有密切關聯，站外管網壓力波動，會影響其節能效果。

[1]徐國民.高含水后期油田節能新技術[M].北京：石油工業出版社，2014:103-105.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.10.007

2016-04-07

（編輯 王艷）

王中專，工程師，2009年畢業于中國石油大學（華東），從事油田地面工程規劃工作，E-mail：wangzhongzhuan@petrochina. com.cn，地址：黑龍江省大慶市紅崗區大慶油田有限責任公司第四采油廠規劃設計研究所，163511。