八面河高壓離心注水泵節能技術應用

胡建

摘要：本文把離心泵注水系統分為站內和站外兩部分進行研究，通過測試、分析站內設備與站外管網對能量損失因素及所占比例，從而得出影響注水系統能力損失的主要原因，再根據實際情況采取提高注水系統效率、降低注水單耗的措施。

關鍵詞：注水系統 系統效率 節能降耗

1概況

八面河油田于1986年投入注水開發，截止到目前建有注水站八座，其中聯合注水站和南塊注水站是高壓離心泵站，其余注水站全部是高壓柱塞泵站。

近年來平均注水單耗呈現上升趨勢，達到4.96kw.h/m3，上升0.46kw.h/m3，管網損失率由27.6%上升至34.4%。其中離心泵站南塊站和聯合站注水單耗分別升高0.43和0.41kw.h/m3。

（1）聯合站注水系統

1986年投運，設計能力為16800m3/d，目前日注水平13000m3（帶部分油井摻水），設計壓力12MPa，目前運行壓力12.3 MPa；注水泵6臺，額定壓力均為12MPa，額定排量分別為300m3/h注水泵四臺和350m3/h注水泵兩臺，能實現階梯泵組合運行，正常運行2臺泵。

聯合站注水系統建有注水干線5條，長度20.9km，干線平均管損2.2MPa。

⑵南塊站注水系統

2001年投運，設計能力為7880m3/d，目前日注水平2800m3，設計壓力13.5MPa，目前運行壓力13.2MPa；1#、2#注水泵于2005年相繼進行拆級改造，同時配套應用高壓變頻裝置，額定壓力為12MPa，額定排量為120m3/h。

系統建有注水干線4條，長度4.35km，干線平均管損0.38MPa，最大管損0.5MPa，分別為新北和老北干線。

2 注水能耗升高原因分析

按照能量流向，分系統對泵機組、閥組、管線等各能耗節點進行分析，參照標準（SY/T6257-2007《油田生產系統節能監測規范》），查找降低的原因，確定解決措施。

⑴聯合站注水系統能耗分析

該系統注水站能量損失為35.7%，比達標值搞6.7%，閥控損失為18.8%比達標值高13.8%，管網摩阻為12.6%，比達標值高5.6%，能量損失嚴重，

①注水站能量損耗研究

通過對系統近兩年的平均注水量、注水單耗和泵機組效率的統計分析，結合離心泵機組特性曲線，聯合站注水泵機組在運行時，當注水泵排量650m3/h--700m3/h區間，離心泵處于高效區運行，注水單耗最低。當注水排量<600m3/h，注水泵遠離高效區運行，注水單耗升高；排量越低，注水單耗越高。

②閥控損耗研究

系統配水主要模式是注水泵供水、經注水站內閥組間各干線分水分別依次配送至配水間，再由配水間內單井下流閥門進行單井流量控制，為了降低能耗損耗、提高注水井系統壓力，站內閥組間各干線閥門均處于全開狀態，主要是由單井的下流閥門根據實際配水量進行控制。閥控損耗主要集中在配水間內。

通過對系統內167口注水井的注水壓力、水量分配情況對比分析，注水壓力低于7MPa的注水井有117口，占總井的70%，水量9380m3/d，占總水量75.3%。系統供水壓力為12.3MPa，系統壓力遠高于注水井需求壓力，單井閥控損失嚴重。為此，系統內高低壓井并存且低壓注水井偏多是導致閥控損失的主要影響因素。

③管網摩阻研究

結合現場實際情況，聯合站注水管網主要是干線配水，各支干線距離較短，且調查發現壓力損失較小，為此本文主要從注水干線和單井注水管線兩個方面分析管網摩阻情況。

注水干線方面，通過計算理論值與實際壓力損耗值對比，老西干線和新北干線管損值分別為1.5MPa和2.8MPa遠超理論值0.6MPa和0.7MPa，其余各干線基本處于合理區間范圍以內。其次，對老西和新北干線的運行情況進行分析，其中管線的輸水能力和經濟流速均在設計范圍以內，為此，兩條注水干線的壓力損失主要是由于管線內部結垢所致。

注水單井管線方面，利用干線管損分析原理進行分析，確定管線結垢的注水井78口，占總井數的27.3%，長度49.3km，占總長度的30%。為此，單井管線損失主要是由于管線內部結垢引起。

⑵南塊站注水系統能耗分析

該系統注水站能力損失和管網摩阻分別為38.4%和2.4%均在控制指標范圍以內（達標值分別為42%和5%）。而閥控損失超標準值24.4%，為該系統主要能耗損失點。

南塊站注水系統1#或2#注水泵，該泵額定揚程為13.5MPa， 當前運行壓力13.2MPa，通過對該系統25口注水井調查，注水井平均需求壓力6.5MPa，單井最高需求壓力11.5MPa，注水系統運行壓力明顯偏高，主要通過配水間單井下流閥門進行控制，從而使得能量損耗嚴重。引起配水間閥控損失增加的原因除注水壓力偏低影響以外，主要是由于注水泵額定揚程偏高所致。

3分系統配套應用節能技術

⑴應用階梯泵組合技術，改造聯合站1#、2#注水泵，提高泵站供需匹配程度。

根據聯合站注水泵現狀，考慮1#和2#注水泵能耗高，長期處于停用狀態，建議將1#和2#注水泵進行更換。結合未來10年開發需求預測，更換后額定排量200m3/h，額定揚程保持12MPa。注水泵機組改造后，主要能取得兩個方面的效果：第一增加了水量調節范圍，提高泵站的匹配程度。組合方式由三種增加至七種

第二新建泵機組提高了泵機組效率，預計值為78%，注水站效率77.6%，較改造前提高5.5%；注水單耗將降至4.41kw.h/m3。

⑵應用高壓變頻技術，降低南塊站注水泵出口壓力，減少閥控損耗

高壓變頻調速節能原理主要是根據相似原理，離心泵的流量、揚程和軸功率與轉速均成正比，當轉速變化，引起排量相應的變化、揚程的兩次方、軸功率的三次方變化。同時根據離心泵的特性曲線，當使用變頻運行時，注水泵的轉速降低，能有效起到降低揚程，保證注水泵機組效率的作用。

結合當前形勢，建議進行小范圍改造或者維修以達到節能的目的。第一種方式是對1#和2#注水泵進行拆級改造，但由于該泵已經拆掉2級，不具備再次拆級降揚程的條件。第二種方式是修復高壓變頻裝置。

高壓變頻裝置修復投用，注水壓力下降至11.5MPa，注水單耗將由6.2kw.h/m3 ↘ 5.4kw.h/m3 。

⑶應用清管技術，提高管網效率

通過研究，確定聯合系統注水管網的垢物成分主要是鐵化合物，成分一般為Fe2O3，FeO及FeS，這些垢物遇酸分解，其形態將從致密變為疏松，此時再以高壓水射流沖刷，可以有效去除垢物。為此，化學除垢與物理除垢相結合的形式為聯合注水管網除垢的有效解決方法。

4結論

⑴通過聯合站階梯泵組合技術、南塊站應用高壓變頻技術，預計全廠平均注水單耗將由4.96kw.h/m3 ↘ 4.75kw.h/m3。

⑵通過清洗結垢的單井注水管線有效降低管網摩阻損耗，提高系統效率。

⑶化學清洗結合高壓水沖洗能有效解決聯合系統單井管線結垢問題。

參考文獻

⑴豐國斌.油田注水系統節能.石油規劃設計，1996⑼.

⑵李延宏.油田注水站注水泵單耗影響因素及對策.管理觀察，2010⑴