三元采出井加藥裝置節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用

許大明（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

點(diǎn)滴加藥裝置通過(guò)電子智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)井下防垢藥劑定時(shí)、定量投加，每日加藥量可控[1]，能在井下形成穩(wěn)定的目標(biāo)濃度。目前采油三廠在用三元采出井防垢加藥裝置112 套，且隨著三元驅(qū)井?dāng)?shù)逐年增多，配套加藥裝置數(shù)量也逐年呈上升趨勢(shì)。這些加藥箱年耗電量較大，單柱塞藥箱日均耗電48 kWh，雙柱塞藥箱日均耗電為51 kWh。對(duì)該裝置進(jìn)行節(jié)能改造勢(shì)在必行。

1 藥箱能耗情況

加藥箱由箱體，儲(chǔ)藥罐，柱塞泵（單泵或雙泵），定時(shí)通斷控制器，加藥管線，壓力表，電加熱帶等部件組成，見(jiàn)圖1。通過(guò)對(duì)各部位運(yùn)行情況和技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行分析，得出具體部位能耗情況如下。

1.1 柱塞泵

柱塞泵又稱往復(fù)泵，它主要是依靠泵缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的柱塞來(lái)改變工作室的容積，從而達(dá)到吸入和排出液體的目的[2]。往復(fù)運(yùn)動(dòng)的柱塞，將機(jī)械能以靜壓形式直接傳遞給液體，泵體內(nèi)的水力損失較小。點(diǎn)滴加藥裝置通過(guò)定時(shí)通斷控制器進(jìn)行控制柱塞泵啟停，人工計(jì)算好單井日加藥量后，在保證井底藥劑濃度相對(duì)穩(wěn)定的前提下，將儲(chǔ)藥罐中藥劑分時(shí)段注入油套環(huán)空。112 臺(tái)柱塞泵年耗電量情況見(jiàn)表1。

圖1 加藥箱組成示意圖（單泵、雙泵）

表1 柱塞泵耗電情況統(tǒng)計(jì)

1.2 伴熱帶及箱內(nèi)加熱器

電伴熱及箱內(nèi)加熱板是有效的保溫及防凍措施，點(diǎn)滴加藥裝置目前在用的伴熱帶為25 W/m的恒功率電熱帶，加熱板功率為2 kW。這種伴熱帶通電后以恒定的功率發(fā)熱， 功率并不隨環(huán)境溫度的改變而變化[3]。電伴熱及加熱板主要集中在藥箱內(nèi)的儲(chǔ)液罐底部及藥箱通向井口的輸藥管線上。經(jīng)過(guò)測(cè)算，每口井伴熱帶平均用量為10 m，每套裝置加熱總功率2.25 kW。每年11 月至次年2 月（共計(jì)4 個(gè)月）投入使用，每月按30 天計(jì)算，112 套加藥裝置加熱帶年耗電量為72.576×104kWh。

1.3 箱體及管線

目前箱體未加裝保溫材料，大部分井的輸藥管線加熱帶裸露，造成熱量散失嚴(yán)重，每年冬季都有10%～20%的井由于保溫效果不好，當(dāng)加熱帶臨時(shí)故障時(shí)出現(xiàn)管線或者藥箱凍堵，需要調(diào)高加熱帶加熱功率進(jìn)行解凍，甚至調(diào)用高溫蒸汽車對(duì)管線進(jìn)行刺洗，造成能耗額外增加。

綜上所述，三元采出井點(diǎn)滴加藥裝置在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，全廠年耗電量可達(dá)159.738×104kWh。

2 節(jié)能降耗措施

2.1 箱體及管線加裝保溫材料

采用聚氨酯夾芯板對(duì)箱體進(jìn)行保溫處理，對(duì)輸藥管線采用可塑性強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫、施工方便的復(fù)合硅酸鹽涂料保溫材料進(jìn)行涂覆，使管線的保溫效果更好、散熱損失更小，改造后的裝置見(jiàn)圖2。

圖2 保溫改造后裝置外觀及內(nèi)部實(shí)物

截止目前，保溫施工后的藥箱和管線未在寒冷的冬季產(chǎn)生凍堵。初步測(cè)算，節(jié)能率約為37%左右。

2.2 對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)施變頻器控制

由于采出井井況的需要，現(xiàn)用加藥裝置中有8套裝置每天需持續(xù)運(yùn)行20 h 以上，這些井不需要柱塞泵恒流量工作，對(duì)這些柱塞泵電動(dòng)機(jī)全部加裝了變頻器，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率始終保持在30～40 Hz，降低了運(yùn)行電流，變頻工作原理[4]見(jiàn)圖3 所示。投入前工頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 每套裝置日耗電89 kWh。投入后在低頻下運(yùn)行時(shí)，日耗電74 kWh。平均日節(jié)電15 kWh，年節(jié)電5 475 kWh，折全年共節(jié)電為4.38×104kWh。

圖3 變頻調(diào)速原理

2.3 調(diào)整柱塞泵的啟運(yùn)周期

柱塞泵的啟停周期由井底目標(biāo)濃度及藥箱藥劑濃度有關(guān)。在井底目標(biāo)濃度相同的情況下，儲(chǔ)液罐中藥劑濃度高的加藥設(shè)備相比低濃度設(shè)備其柱塞泵運(yùn)行時(shí)間較短，停泵時(shí)間較長(zhǎng)，儲(chǔ)罐裝藥周期長(zhǎng)。但若一味提高藥箱藥劑濃度將會(huì)導(dǎo)致藥劑擴(kuò)散速度慢，使藥劑產(chǎn)生浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)公式（1）計(jì)算，在停泵時(shí)間盡可能長(zhǎng)（裝藥周期長(zhǎng)）的情況下，確定了儲(chǔ)藥罐中的合理藥劑濃度，將原有“停三運(yùn)三”工況優(yōu)化為“停四運(yùn)二”，每天可減少運(yùn)行時(shí)間4 h。

式中：C ——井口采出藥劑目標(biāo)濃度，kg/m3；

v——儲(chǔ)藥罐體積，m3；

C1——儲(chǔ)藥罐藥劑濃度，kg/m3；

Q——采出井日產(chǎn)水量，m3；

t——裝藥周期，d。

2.4 優(yōu)選電伴熱類型、加裝自動(dòng)溫控

用自限溫電熱帶取代恒功率式電伴熱帶。自限溫電熱帶導(dǎo)電塑料作為發(fā)熱材料， 其電阻值在不同溫度下變化，使其發(fā)熱功率相應(yīng)變化。被伴熱介質(zhì)溫度升高其輸出功率隨之減小[5]。

式中：Q——實(shí)際需要的伴熱發(fā)熱量，W/m；

f ——保溫材料系數(shù)；

e ——管材系數(shù)（金屬為1，非金屬為0.6～0.9）；

h——環(huán)境系數(shù)（室外為1,室內(nèi)為0.9）；

q ——基準(zhǔn)情況下單位長(zhǎng)度管道的散熱量，W/m。

加藥箱輸藥管線材質(zhì)為金屬， 管徑為DN40，保溫材料是硅酸鈣， 厚度40 mm ，管道中介質(zhì)的維持溫度為1 ℃，冬季最低氣溫-30 ℃，查表得f =1， e =1， h =1，依據(jù)內(nèi)插法算出q 為8 W/m，所需伴熱量為8 W/m。自限溫電熱帶應(yīng)選用維持溫度下的功率大于或等于所需伴熱量的型號(hào)， 故應(yīng)該選用10 W/m 電伴熱。

同時(shí)加裝溫度控制器， 當(dāng)箱體溫度上升到該設(shè)定值時(shí)，溫控儀斷開(kāi)相應(yīng)的繼電器，箱內(nèi)加熱板停止工作。當(dāng)溫度低于該設(shè)定值相應(yīng)接觸器合上，加熱板恢復(fù)工作[6]，從而保持一恒定的溫度值。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行分析， 溫控器可提高能效， 在初冬初春季溫暖的天氣可以節(jié)省不必要的電能。

2.5 拆除藥箱內(nèi)壓力表

由于A11 系統(tǒng)的推廣，目前油井井口大都裝有油套壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，藥箱內(nèi)監(jiān)測(cè)輸藥管線的壓力表已經(jīng)被自動(dòng)化設(shè)備所取代。將這部分壓力表拆除，年節(jié)約配件費(fèi)用約1.5 萬(wàn)元。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

應(yīng)用以上節(jié)能措施在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)25 套加藥裝置設(shè)備進(jìn)行改造。由于設(shè)備里的柱塞泵及加熱帶不是全天運(yùn)行，采用理論計(jì)算方式計(jì)算節(jié)能效果較復(fù)雜。為了確保措施效果統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確可靠，在25 套設(shè)備配電箱處均臨時(shí)加裝電能表，統(tǒng)計(jì)措施前后（均在冬季進(jìn)行）用電量。經(jīng)測(cè)算，措施前設(shè)備日平均用電量為75.36 kWh，措施后為45.71 kWh，單套裝置平均日節(jié)電29.65 kWh，降耗達(dá)39.34%。若將此措施應(yīng)用至全廠加藥裝置，每年冬季（按4 個(gè)月每月30日算） 可節(jié)電39.849 6×104kWh，節(jié)能降耗效果顯著。

4 結(jié)論

1）通過(guò)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、加保溫、優(yōu)化伴熱帶類型及功率加裝溫控等手段能夠很好的降低加藥裝置的能耗。

2）變頻裝置有節(jié)電功能但僅適用于不要求藥劑恒排量注入的加藥裝置上。

3）新技術(shù)新工藝的應(yīng)用使得三元采出井點(diǎn)滴加藥防垢裝置在節(jié)能降耗方面有很大空間，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)25 套加藥設(shè)備進(jìn)行改造，改造后單套裝置平均日節(jié)電29.65 kWh，每年冬季可節(jié)電39.849 6×104kWh。值得在油田推廣應(yīng)用。