八面河高压离心注水泵节能技术应用

时间：2024-04-25

胡建

摘要：本文把离心泵注水系统分为站内和站外两部分进行研究，通过测试、分析站内设备与站外管网对能量损失因素及所占比例，从而得出影响注水系统能力损失的主要原因，再根据实际情况采取提高注水系统效率、降低注水单耗的措施。

关键词：注水系统系统效率节能降耗

1概况

八面河油田于1986年投入注水开发，截止到目前建有注水站八座，其中联合注水站和南块注水站是高压离心泵站，其余注水站全部是高压柱塞泵站。

近年来平均注水单耗呈现上升趋势，达到4.96kw.h/m3，上升0.46kw.h/m3，管网损失率由27.6%上升至34.4%。其中离心泵站南块站和联合站注水单耗分别升高0.43和0.41kw.h/m3。

（1）联合站注水系统

1986年投运，设计能力为16800m3/d，目前日注水平13000m3（带部分油井掺水），设计压力12MPa，目前运行压力12.3 MPa；注水泵6台，额定压力均为12MPa，额定排量分别为300m3/h注水泵四台和350m3/h注水泵两台，能实现阶梯泵组合运行，正常运行2台泵。

联合站注水系统建有注水干线5条，长度20.9km，干线平均管损2.2MPa。

⑵南块站注水系统

2001年投运，设计能力为7880m3/d，目前日注水平2800m3，设计压力13.5MPa，目前运行压力13.2MPa；1#、2#注水泵于2005年相继进行拆级改造，同时配套应用高压变频装置，额定压力为12MPa，额定排量为120m3/h。

系统建有注水干线4条，长度4.35km，干线平均管损0.38MPa，最大管损0.5MPa，分别为新北和老北干线。

2 注水能耗升高原因分析

按照能量流向，分系统对泵机组、阀组、管线等各能耗节点进行分析，参照标准（SY/T6257-2007《油田生产系统节能监测规范》），查找降低的原因，确定解决措施。

⑴联合站注水系统能耗分析

该系统注水站能量损失为35.7%，比达标值搞6.7%，阀控损失为18.8%比达标值高13.8%，管网摩阻为12.6%，比達标值高5.6%，能量损失严重，

①注水站能量损耗研究

通过对系统近两年的平均注水量、注水单耗和泵机组效率的统计分析，结合离心泵机组特性曲线，联合站注水泵机组在运行时，当注水泵排量650m3/h--700m3/h区间，离心泵处于高效区运行，注水单耗最低。当注水排量<600m3/h，注水泵远离高效区运行，注水单耗升高；排量越低，注水单耗越高。

②阀控损耗研究

系统配水主要模式是注水泵供水、经注水站内阀组间各干线分水分别依次配送至配水间，再由配水间内单井下流阀门进行单井流量控制，为了降低能耗损耗、提高注水井系统压力，站内阀组间各干线阀门均处于全开状态，主要是由单井的下流阀门根据实际配水量进行控制。阀控损耗主要集中在配水间内。

通过对系统内167口注水井的注水压力、水量分配情况对比分析，注水压力低于7MPa的注水井有117口，占总井的70%，水量9380m3/d，占总水量75.3%。系统供水压力为12.3MPa，系统压力远高于注水井需求压力，单井阀控损失严重。为此，系统内高低压井并存且低压注水井偏多是导致阀控损失的主要影响因素。

③管网摩阻研究

结合现场实际情况，联合站注水管网主要是干线配水，各支干线距离较短，且调查发现压力损失较小，为此本文主要从注水干线和单井注水管线两个方面分析管网摩阻情况。

注水干线方面，通过计算理论值与实际压力损耗值对比，老西干线和新北干线管损值分别为1.5MPa和2.8MPa远超理论值0.6MPa和0.7MPa，其余各干线基本处于合理区间范围以内。其次，对老西和新北干线的运行情况进行分析，其中管线的输水能力和经济流速均在设计范围以内，为此，两条注水干线的压力损失主要是由于管线内部结垢所致。

注水单井管线方面，利用干线管损分析原理进行分析，确定管线结垢的注水井78口，占总井数的27.3%，长度49.3km，占总长度的30%。为此，单井管线损失主要是由于管线内部结垢引起。

⑵南块站注水系统能耗分析

该系统注水站能力损失和管网摩阻分别为38.4%和2.4%均在控制指标范围以内（达标值分别为42%和5%）。而阀控损失超标准值24.4%，为该系统主要能耗损失点。

南块站注水系统1#或2#注水泵，该泵额定扬程为13.5MPa，当前运行压力13.2MPa，通过对该系统25口注水井调查，注水井平均需求压力6.5MPa，单井最高需求压力11.5MPa，注水系统运行压力明显偏高，主要通过配水间单井下流阀门进行控制，从而使得能量损耗严重。引起配水间阀控损失增加的原因除注水压力偏低影响以外，主要是由于注水泵额定扬程偏高所致。

3分系统配套应用节能技术

⑴应用阶梯泵组合技术，改造联合站1#、2#注水泵，提高泵站供需匹配程度。

根据联合站注水泵现状，考虑1#和2#注水泵能耗高，长期处于停用状态，建议将1#和2#注水泵进行更换。结合未来10年开发需求预测，更换后额定排量200m3/h，额定扬程保持12MPa。注水泵机组改造后，主要能取得两个方面的效果：第一增加了水量调节范围，提高泵站的匹配程度。组合方式由三种增加至七种

第二新建泵机组提高了泵机组效率，预计值为78%，注水站效率77.6%，较改造前提高5.5%；注水单耗将降至4.41kw.h/m3。

⑵应用高压变频技术，降低南块站注水泵出口压力，减少阀控损耗

高压变频调速节能原理主要是根据相似原理，离心泵的流量、扬程和轴功率与转速均成正比，当转速变化，引起排量相应的变化、扬程的两次方、轴功率的三次方变化。同时根据离心泵的特性曲线，当使用变频运行时，注水泵的转速降低，能有效起到降低扬程，保证注水泵机组效率的作用。

结合当前形势，建议进行小范围改造或者维修以达到节能的目的。第一种方式是对1#和2#注水泵进行拆级改造，但由于该泵已经拆掉2级，不具备再次拆级降扬程的条件。第二种方式是修复高压变频装置。

高压变频装置修复投用，注水压力下降至11.5MPa，注水单耗将由6.2kw.h/m3 ↘ 5.4kw.h/m3 。

⑶应用清管技术，提高管网效率

通过研究，确定联合系统注水管网的垢物成分主要是铁化合物，成分一般为Fe2O3，FeO及FeS，这些垢物遇酸分解，其形态将从致密变为疏松，此时再以高压水射流冲刷，可以有效去除垢物。为此，化学除垢与物理除垢相结合的形式为联合注水管网除垢的有效解决方法。

4结论

⑴通过联合站阶梯泵组合技术、南块站应用高压变频技术，预计全厂平均注水单耗将由4.96kw.h/m3 ↘ 4.75kw.h/m3。