陳祥偉(大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠)
注水系統(tǒng)節(jié)能潛力分析及對(duì)策
陳祥偉(大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠)
通過分析注水泵的泵管壓差產(chǎn)生原因及主要影響因素,對(duì)泵管壓差與注水單耗對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了理論計(jì)算,并利用注水泵實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了修正。通過對(duì)注水系統(tǒng)節(jié)能潛力進(jìn)行分析,指明降低注水泵泵壓、提高注水泵效兩個(gè)節(jié)能方向,并給出具體節(jié)能措施。
注水 節(jié)能 潛力 分析
從油田注水系統(tǒng)建成的能力來看,總體上能夠適應(yīng)油田開發(fā)和生產(chǎn)的需求[1],但由于近2年注聚區(qū)塊的不斷擴(kuò)大和區(qū)塊間污水產(chǎn)注量的不平衡,以及污水站改造等因素而產(chǎn)生回注困難、能耗較高的矛盾仍較突出。在日常運(yùn)行過程中,通常采用泵管壓差評(píng)價(jià)注水系統(tǒng)運(yùn)行工況,泵管壓差控制在0.5 M Pa以內(nèi)屬于正常,高于0.5 M Pa則說明系統(tǒng)存在高耗能點(diǎn),需要采取措施來遏制能耗的上升。通過分析注水泵的泵管壓差產(chǎn)生原因及主要影響因素,制定相應(yīng)的措施,為油田注水系統(tǒng)節(jié)能降耗提供技術(shù)保證。
當(dāng)注水泵流量、壓力、效率、電動(dòng)機(jī)效率已知時(shí),由注水單耗計(jì)算公式可以計(jì)算出注水單耗與泵壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過適當(dāng)簡(jiǎn)化,可估算出泵管壓差與注水單耗的對(duì)應(yīng)關(guān)系。注水單耗的計(jì)算公式為
式中:
DH——注水單耗,k W h/m3;
Pe——電動(dòng)機(jī)輸入功率,k W;
qvp——注水泵流量,m3/h;
P1——泵進(jìn)口壓力,M Pa;
P2——泵出口壓力,M Pa;
ηp——注水泵效率;
ηe——注水電動(dòng)機(jī)效率。
根據(jù)D F系列多級(jí)離心注水泵性能參數(shù)表,對(duì)泵管壓差與注水單耗對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算,具體數(shù)據(jù)見表1。
表1 泵管壓差與注水單耗對(duì)應(yīng)關(guān)系
考慮到注水泵的實(shí)際參數(shù)與理論參數(shù)有誤差,利用南十三注水站現(xiàn)有3臺(tái)D 300-150×11注水泵的特性曲線對(duì)注水單耗進(jìn)行了測(cè)算。通過對(duì)注水泵理論特性曲線分析,在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,建立了3臺(tái)泵的實(shí)際運(yùn)行特性曲線。由圖1可知,雖然是同一型號(hào)的泵,但由于泵內(nèi)水力損失、容積損失、機(jī)械損失的不同,造成泵的性能也不同,同時(shí)導(dǎo)致同一流量下同一型號(hào)的注水泵耗電量也有所不同。
由圖1可知,D 300-150×11注水泵并沒有運(yùn)行在指定參數(shù)范圍內(nèi),其實(shí)際參數(shù)與D F400注水泵參數(shù)接近。實(shí)測(cè)表明,在流量330~430m3/h、泵壓16.2~16.8M Pa條件下,南十三注水站的注水泵泵管壓差每下降0.1 M Pa,平均注水單耗下降0.05 k W h/m3。上述計(jì)算,均假設(shè)管網(wǎng)壓力保持不變,依靠泵壓變化來調(diào)整泵管壓差。在實(shí)際生產(chǎn)中,受到管路特性影響,管壓隨著流量的變化而變化,泵管壓差下降0.1 M Pa時(shí),注水單耗下降值低于理論計(jì)算值。考慮到許多水泵投運(yùn)時(shí)間較長等各種因素影響,在進(jìn)行節(jié)能計(jì)算時(shí),推薦采取以下數(shù)據(jù):即注水泵泵管壓差每下降0.1M Pa,平均注水單耗下降0.03k W h/m3。
表2 注水系統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)
圖1 3臺(tái)注水泵的實(shí)際運(yùn)行特性曲線
泵管壓差是與泵的流量、揚(yáng)程、效率、管網(wǎng)特性密切相關(guān)的一個(gè)參數(shù),通過理論計(jì)算及實(shí)際校核,對(duì)于常用的注水泵來說,采取合適措施后泵管壓差每降低0.1M Pa,注水單耗降低約0.03k W h/m3。
2.1 注水站節(jié)能潛力
薩南油田一般水、深度水系統(tǒng)的泵管壓差較小,基本都在允許范圍內(nèi),聚驅(qū)系統(tǒng)泵管壓差較大,達(dá)到1.5 M Pa,節(jié)能潛力相對(duì)較大。根據(jù)上述分析,若一般水系統(tǒng)降低泵管壓差0.1 M Pa,則可年節(jié)約電量72.5萬元;若完全消除3個(gè)系統(tǒng)的泵管壓差,預(yù)計(jì)年可節(jié)約電費(fèi)8 50.1萬元(表2)。
2.2 注水管網(wǎng)節(jié)能潛力
以南二區(qū)西塊為例對(duì)注水管網(wǎng)進(jìn)行分析。南二區(qū)西塊共有507口水驅(qū)注水井,其中生產(chǎn)井502口,關(guān)井5口。目前平均管線壓力14.70M Pa,井口油壓10.97M Pa,管線壓力與井口油壓差值(泵井壓差)為3.73M Pa;其中,南二區(qū)基礎(chǔ)、一次、二次、高臺(tái)子的泵井壓差相對(duì)較大,在通過降低注水管網(wǎng)損失來降低電量消耗方面具有較大潛力(表3)。
表3 南二區(qū)西塊水驅(qū)注水井壓力狀況統(tǒng)計(jì)
通過對(duì)南二區(qū)西塊注水井壓力分布情況分析可知,注水壓力較高的注水井主要集中在過渡帶基礎(chǔ)井網(wǎng)(4座配水間所轄21口注水井)和高臺(tái)子井網(wǎng)(共8口注水井)。對(duì)于比較集中的注水井可以通過設(shè)置增壓泵來進(jìn)行增壓,以滿足注水壓力要求;對(duì)于比較分散的部分井,可以通過酸化、壓裂、安裝井口精細(xì)過濾器等措施降低注水壓力。采取上述措施后,能夠降低相關(guān)管網(wǎng)壓力,從而降低注水能耗。
從注水泵及管網(wǎng)特性曲線可以確定,在注水泵泵壓、流量保持不變的前提下,單純提高管壓以消除泵管壓差的措施達(dá)不到節(jié)能降耗目的。由注水單耗計(jì)算公式可知,為了降低單耗,一方面可以通過降低注水泵泵壓來實(shí)現(xiàn),另一方面可以通過提高注水泵泵效來實(shí)現(xiàn)。
3.1 降低注水泵泵壓
1)注水泵減級(jí)
當(dāng)注水泵的泵管壓差超過1.5 M Pa或接近1.5 M Pa時(shí),可直接對(duì)注水泵進(jìn)行減級(jí)處理,每減一級(jí)可降低注水泵泵壓1.5 M Pa,降低注水單耗0.45 k W h/m3。
2)優(yōu)化注水站運(yùn)行工況
從注水泵特性曲線可以看出,注水泵的揚(yáng)程與注水泵流量成反比,隨著注水泵流量的增大,注水泵泵壓逐漸下降,并導(dǎo)致泵管壓差、注水單耗下降。在管網(wǎng)壓力允許情況下,盡可能增加外輸水量,從而降低注水泵泵壓及泵管壓差,這是節(jié)能降耗的可行措施。建議注水站根據(jù)所轄注水泵在何種流量下耗電最少,確定各種開泵方案下的最佳動(dòng)態(tài)參數(shù),并繪制成表;崗位工人參照此表,通過調(diào)整動(dòng)態(tài)參數(shù),使注水泵始終在最優(yōu)工況區(qū)運(yùn)行,降低注水單耗。建議將注水罐保持在中高液位,以方便流量調(diào)節(jié)。
3)調(diào)整注水泵特性曲線
采取高壓變頻器、前置泵變頻調(diào)速、液體黏性調(diào)速離合器等措施,可以按照生產(chǎn)需要的工況調(diào)節(jié)泵出口流量和壓力。以南二注的D F250-150×11型離心泵為例,在揚(yáng)程1 650m不變的情況下,可以對(duì)應(yīng)多個(gè)流量工作點(diǎn)(Q=140~250m3/h);在流量不變(設(shè)Q=250m3/h)的情況下,可以有很多揚(yáng)程(H=1 650~1 365 m)供選擇。通過調(diào)整注水泵運(yùn)行頻率,盡量消除泵管壓差,減少每個(gè)工況點(diǎn)的實(shí)際輸出功率,從而達(dá)到節(jié)電目的。
4)優(yōu)化注水管網(wǎng)
單純優(yōu)化注水管網(wǎng)并不能直接降低注水單耗,但通過合理調(diào)整注水干線閥等措施,在保證注水量的同時(shí),盡量減少注水管網(wǎng)壓降損失,能夠使注水泵泵壓進(jìn)一步下降,為節(jié)能降耗創(chuàng)造條件。南二區(qū)西塊若集中設(shè)置5座增壓配水間,將需要增壓的25口注水井接至上述5座增壓配水間,以降低管網(wǎng)壓力;其余高壓井根據(jù)開發(fā)需要進(jìn)行壓裂或酸化處理,并安裝井口精細(xì)過濾器,以控制注水壓力。該區(qū)塊內(nèi)的南2-3注水站管網(wǎng)出站壓力預(yù)計(jì)可降低0.8M Pa左右,年節(jié)電費(fèi)37.5萬元。
3.2 提高注水泵泵效
注水單耗與注水泵泵效成反比,通過提高注水泵泵效,能夠有效降低注水單耗。
1)加大注水泵檢修力度
實(shí)踐證明,及時(shí)檢修注水泵能夠使注水泵經(jīng)常保持在高效區(qū),為此需要提高泵效檢測(cè)精度,定期檢測(cè)注水泵泵效,當(dāng)注水泵泵效下降到規(guī)定值后及時(shí)安排檢修。
2)注水泵涂膜
增效涂層可使注水泵葉輪表面粗糙度降低,抗流體腐蝕和氣蝕損害,減少能量損耗,增加流速,從而提高整體效率,降低注水單耗。一般注水泵投產(chǎn)時(shí)間較早,部分注水泵效率偏低,可考慮對(duì)低效注水泵涂膜處理。
3)選擇高效注水泵
在產(chǎn)能及改造項(xiàng)目中涉及注水泵安裝時(shí),盡量選擇高效泵,為節(jié)能降耗打下良好基礎(chǔ)。
3.3其他
除上述兩類地面節(jié)能措施以外,在開發(fā)方面,通過加大“三高”井區(qū)的控水調(diào)整力度,控制低效循環(huán)水,擴(kuò)大周期注水的應(yīng)用規(guī)模,可減少污水回注量,為注水系統(tǒng)節(jié)能降耗提供另一節(jié)能途徑。
為保證合理選擇節(jié)能措施并長期貫徹執(zhí)行,具體要做到:
1)探索在薩南油田目前可行的節(jié)能措施,結(jié)合各種基建項(xiàng)目,對(duì)部分注水站進(jìn)行改造,安排一些必要的節(jié)能措施如注水泵減級(jí)、變頻、涂膜等。
2)加強(qiáng)生產(chǎn)管理,優(yōu)化注水站運(yùn)行工況,跟蹤已實(shí)施節(jié)能措施的運(yùn)行情況,使節(jié)能效果最大化。
3)制定各種規(guī)章制度,對(duì)于在節(jié)能工作中作出突出貢獻(xiàn)的人員予以表彰獎(jiǎng)勵(lì),使員工樹立節(jié)能意識(shí),形成良好的節(jié)能風(fēng)氣。
[1]董一佐,余欽范.大慶油田注水系統(tǒng)能耗研究[J].油氣田地面工程,2 0 0 7,2 6(3):3 0-3 1.
10.3969/j.issn.2095-1493.2012.06.004
2012-03-03)
陳祥偉,1994年畢業(yè)于西北大學(xué),工程師,從事注水生產(chǎn)管理,E-mail:chenxiangwei@petrochina.com.cn,地址:黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠第一作業(yè)區(qū),163414。