任鴻翔++張勝利

摘 要：油田注水是油田二次開(kāi)發(fā)保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要有效措施，為實(shí)現(xiàn)能降耗的目標(biāo)，采用變頻調(diào)速裝置可對(duì)注水泵的電動(dòng)機(jī)實(shí)行變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)注水泵變水量控制，從而有效的節(jié)約電能損耗。本文主要闡述海上平臺(tái)5ZB-21/30、3ZB-11/25往復(fù)式注水泵的變頻調(diào)速技術(shù)在海上平臺(tái)使用的必要性、及柱塞式往復(fù)注水泵使用變頻控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù)；海上平臺(tái)；運(yùn)行參數(shù)；節(jié)能原理

前言

隨著注水開(kāi)發(fā)時(shí)間的推移，地層的產(chǎn)出和注入量也發(fā)生變化，因此單井的配注量要不斷的調(diào)整。由于海上平臺(tái)注水壓力高、水量大，注水泵動(dòng)力系統(tǒng)大多采用大功率電動(dòng)機(jī)，且電壓、功率恒定，因此電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于高耗能狀態(tài)運(yùn)行，造成電力的大量消耗，增加了采油成本，因此熟練掌握變頻器技術(shù)的節(jié)能原理以及應(yīng)用方式，可以有效提高電氣設(shè)備的工作效率，保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，從而為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

1、變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用背景

海上油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中由于地層能量不斷衰減，常用注水方式以保持地層能量，進(jìn)行海上油田開(kāi)發(fā)。一方面，注水壓力高低是決定油田合理開(kāi)發(fā)和地面管線及設(shè)備的重要參數(shù)?？紤]到后期開(kāi)發(fā)注水井的增多，地質(zhì)情況的變化，開(kāi)關(guān)井?dāng)?shù)的增減、洗井及供水不足的影響，經(jīng)常引起注水壓力波動(dòng)，注水量不均勻，不穩(wěn)定。注水壓力低，注水量滿足不了海上油田開(kāi)發(fā)的需要，必然會(huì)造成油層壓力下降；注水壓力及注水流程壓力過(guò)高，浪費(fèi)動(dòng)力，也造成超注，導(dǎo)致水淹、水竄；注水壓力控制難度大，一般海上油田注水泵流程大多采用傳統(tǒng)的水源井深井泵，將水供到儲(chǔ)水罐，再由喂水泵將水從儲(chǔ)水罐供給注水泵，最后由注水泵將水注入地層。注水泵電動(dòng)機(jī)大多為大功率電動(dòng)機(jī)，注水泵出口壓力通常是通過(guò)配水撬塊調(diào)節(jié)閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)的，操作人員隨時(shí)靠觀察井口及注水泵壓力表的壓力來(lái)調(diào)節(jié)閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而注水泵電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速基本保持不變，這樣，對(duì)電動(dòng)機(jī)而言，一般配置功率都較大，啟動(dòng)沖擊電流大，能耗也大?！按篑R拉小車”的現(xiàn)象十分嚴(yán)重，既浪費(fèi)電能，又增加了平臺(tái)員工的勞動(dòng)強(qiáng)度?，F(xiàn)海上cb32A、KF3#均采用柱塞式往復(fù)注水泵，在工頻條件下，注水泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率保持在50Hz左右，基本不變化，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，柱塞往復(fù)頻率是恒定的，因此，排量也是恒定的。在海上油田的實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)注水量的需求是變化的，在傳統(tǒng)的方式下，為滿足配注要求，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)注水泵的回流閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)，泵的無(wú)效功耗很大。同時(shí)，由于柱塞、進(jìn)排液閥長(zhǎng)期在工頻狀態(tài)下滿負(fù)荷載、高速工作，填料箱、柱塞、盤根、曲軸箱各部件的磨損以及進(jìn)排液閥、彈簧的損壞頻率也很高?；亓鏖y門長(zhǎng)期處于半開(kāi)狀態(tài)，受高壓水的沖擊，閥心容易磨損、變形導(dǎo)致關(guān)閉不嚴(yán)，給生產(chǎn)帶來(lái)不便。變頻調(diào)速技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)注水泵電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)注水壓力的要求自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量變化時(shí)保持管網(wǎng)水壓恒定，以滿足注水要求。充分利用變頻器的各種功能，能很好解決注水泵材料消耗高，維修率高，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題。

2、5ZB-21/30、3ZB-11/25型柱塞式高壓注水泵工作原理

注水泵在工作時(shí)，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶和皮帶輪帶動(dòng)曲軸，曲軸帶動(dòng)連桿和十字頭及柱塞，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)。柱塞開(kāi)始往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，吸、排液閥進(jìn)入工作狀態(tài)，在吸入過(guò)程時(shí)，柱塞離開(kāi)泵頭，向曲軸方向運(yùn)行，使柱塞腔內(nèi)壓力下降，形成局部真空，于是進(jìn)液管中的低壓液體在壓力作用下，打開(kāi)進(jìn)液閥，進(jìn)入柱塞腔內(nèi)，當(dāng)柱塞行至后死點(diǎn)時(shí)，進(jìn)液閥受彈簧力作用而自行關(guān)閉，此時(shí)柱塞腔內(nèi)液體處于對(duì)外界封閉狀態(tài)，吸入過(guò)程結(jié)束，開(kāi)始排出過(guò)程，柱塞向泵頭方向運(yùn)行，由于液體不可壓縮的特點(diǎn)（壓縮值很小，故略而不計(jì)），柱塞腔內(nèi)封閉的液體在柱塞推力作用下提高壓力，當(dāng)壓力升高到超過(guò)排液管道壓力的一定值時(shí)，排液法被打開(kāi)，液體流入排液管道。當(dāng)柱塞行至前死點(diǎn)時(shí)，排液閥受彈簧力作用而自行關(guān)閉，此時(shí)柱塞腔內(nèi)又一次處于封閉狀態(tài)，排液過(guò)程結(jié)束。如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行，不斷將低壓液體提高壓力，排至高壓管道中去，實(shí)現(xiàn)泵的功能。

3、變頻調(diào)速節(jié)能原理

柱塞式往復(fù)泵電機(jī)安裝變頻后，可通過(guò)改變變頻器的頻率來(lái)控制注水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從公式可知，由于注水泵是衡轉(zhuǎn)矩負(fù)載，功率的變化與轉(zhuǎn)速的變化成一定比例關(guān)系，注水泵安裝變頻調(diào)速裝置后，變頻器運(yùn)行頻率降低，注水泵轉(zhuǎn)速降低，消耗在電機(jī)上的功率降低，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

4、加裝柱塞式往復(fù)注水泵變頻控制系統(tǒng)

綜上所述，可見(jiàn)降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達(dá)到節(jié)能的目的。降低了轉(zhuǎn)速，流量就不再用關(guān)小注水撬塊調(diào)節(jié)閥來(lái)控制，調(diào)節(jié)閥出口始終處于全開(kāi)狀態(tài)，避免由于關(guān)小閥門引起的水力損失增加，也避免了總效率下降，確保了能源的充分利用。當(dāng)注水系統(tǒng)安裝變頻調(diào)速裝置后，可通過(guò)己設(shè)定的注水管網(wǎng)壓力來(lái)控制注水泵的開(kāi)啟，確保穩(wěn)壓、高壓注水?？刂谱冾l器輸出頻率的大小，從而改變注水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制管網(wǎng)壓力恒定的目的、當(dāng)實(shí)際管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)壓力值時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)注水泵變頻柜輸出頻率，實(shí)現(xiàn)變頻器輸出頻率上升，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，管網(wǎng)壓力開(kāi)始升高；反之，變頻器輸出頻率降低，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，管網(wǎng)壓力降低，變頻器控制系統(tǒng)在水泵運(yùn)行過(guò)程中形成可控參數(shù)控制，實(shí)行恒壓供水，保持注水系統(tǒng)和用量處于平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)注水泵調(diào)速控制。

5結(jié)論

變頻調(diào)速技術(shù)在平臺(tái)柱塞式往復(fù)注水泵的應(yīng)用中，是根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定管網(wǎng)水壓調(diào)節(jié)注水泵變頻柜頻率是先調(diào)節(jié)注水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使注水管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)約電能，并且系統(tǒng)能處于可靠運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水、注水，系統(tǒng)水壓、水量的任何變化均能使管網(wǎng)中的壓力保持恒定，大大提高了注水質(zhì)量，同時(shí)也解決了電動(dòng)機(jī)大馬拉小車，操作員工操作復(fù)雜、工作強(qiáng)度大等問(wèn)題，目前在滯后注水、同步注水，變頻調(diào)速技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，不僅調(diào)速效果顯著，而且產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用前景非常廣闊。

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