孔維海（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

變頻調(diào)速技術(shù)在注聚站節(jié)能降耗中的應(yīng)用及效果

孔維海（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

隨著大慶油田三次采油工業(yè)化推廣，注聚站的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，能耗增加的問題日益突出。為了控制用電成本，選取某注聚站，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，對(duì)注聚泵實(shí)施變頻改造，采用變頻調(diào)速取代工頻狀態(tài)下人工調(diào)試。技術(shù)應(yīng)用后，電動(dòng)機(jī)功率輸出與流量輸出有效匹配，注聚泵的用電能耗下降了30.9%，年節(jié)約資金20.03萬元，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

注聚泵；變頻調(diào)速技術(shù)；功率

大慶油田某注聚站2013年投入開發(fā)使用，投產(chǎn)初期由于泵排量范圍小，導(dǎo)致近40%的注入井不能滿足地質(zhì)方案配注要求；工頻狀態(tài)下的注液耗電高達(dá)25 kWh/m3以上，為了節(jié)約用電成本，提高地質(zhì)方案符合率，對(duì)站內(nèi)注入工藝實(shí)施了變頻調(diào)速改造。改造方案選取站內(nèi)聚驅(qū)注入井48口，注聚泵16臺(tái)（采用多泵帶多井的工藝流程）[1]。方案實(shí)施后，提高了地質(zhì)方案符合率，降低了注聚泵的單耗，提升了聚驅(qū)開發(fā)、管理水平。

1 變頻調(diào)速技術(shù)原理

變頻調(diào)速技術(shù)的工作原理是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)的輸入頻率呈線性關(guān)系，異步電動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率公式如下：

式中：n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，V/s；

f——電動(dòng)機(jī)輸入頻率，Hz；

s——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；

P——電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的輸入頻率發(fā)生改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速同時(shí)發(fā)生改變[2]。此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在聚驅(qū)注入站注入系統(tǒng)工藝中，根據(jù)地質(zhì)方案設(shè)計(jì)的單井配注量的變化，流量計(jì)接收到配注信號(hào)，傳遞到流量控制系統(tǒng)，變頻器接收到流量控制系統(tǒng)指令，根據(jù)反饋的流量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸入頻率，通過輸出頻率的變化控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變注聚泵排量，達(dá)到地質(zhì)方案配注設(shè)計(jì)要求，改造后注水系統(tǒng)漢程見圖1[3-4]。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)，輸出功率隨著流量的變化而變化，降低了能耗。變頻對(duì)注聚泵排量的再調(diào)節(jié)，擴(kuò)大了注聚泵的排量調(diào)節(jié)范圍，可以更多滿足地質(zhì)開發(fā)方案需求。開啟時(shí)保持較低的啟動(dòng)電流，不會(huì)造成瞬時(shí)的壓力突變，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)開啟，減少了閥門開關(guān)頻率。

傳統(tǒng)工頻狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不隨流量的變化而變化，保持額定的功率輸出[5]，能耗相對(duì)較高；輸出的泵排量只能在泵額定排量的30%～100%之間，即泵的最小輸出排量為額定值的30%，調(diào)節(jié)范圍小，地質(zhì)方案符合率較低；泵開啟的時(shí)候，閥門的開啟程度控制流量輸出，瞬時(shí)的高壓，常常產(chǎn)生較高的啟動(dòng)電流，造成注聚泵自動(dòng)停泵的現(xiàn)象[6-7]。變頻調(diào)速技術(shù)在節(jié)約能耗、流量調(diào)節(jié)、平穩(wěn)開啟等方面都優(yōu)于工頻狀態(tài)下的設(shè)備運(yùn)行。

圖1 注聚站變頻調(diào)速改造后注入系統(tǒng)簡易流程

2 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用及效果

針對(duì)該注聚站耗電量大、地質(zhì)方案符合率低等實(shí)際問題，對(duì)站內(nèi)8臺(tái)注聚泵，實(shí)施變頻調(diào)速改造，加裝8臺(tái)37 kW變頻裝置，頻率范圍（出廠設(shè)定值）0～50 Hz[8]。實(shí)施改造后，平均每臺(tái)泵注液耗電量由25.47 k Wh/m3下降到19.68 k Wh/m3，注聚泵排量范圍全部達(dá)到了地質(zhì)方案設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場應(yīng)用取得了較好的效果。

2.1 耗電情況對(duì)比

工頻狀態(tài)下，在泵排量降低的情況下，電動(dòng)機(jī)仍以額定功率輸出，經(jīng)常出現(xiàn)“大功率，輕載荷”的現(xiàn)象[9]，造成電量消耗較大。注入站變頻改造后，根據(jù)實(shí)際排量大小輸出電動(dòng)機(jī)功率，降低了注聚泵的能耗。安裝變頻器后，平均每臺(tái)泵的日耗電量由348.4 kWh下降到240.9 kWh，能耗下降了30.9%（表1），有效的節(jié)約了用電成本。

表1 變頻改造前后單泵能耗統(tǒng)計(jì)

2.2 注聚單井方案執(zhí)行情況對(duì)比

注入站改造前，泵的排量范圍僅能滿足站內(nèi)30口井的地質(zhì)方案要求，改造后，變頻調(diào)速通過輸入頻率的變化對(duì)注聚泵的排量進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后，泵的排量范圍由0.56～2.00 m3/h擴(kuò)大到0.17～1.60 m3/h，流量下限由0.56 m3/h下調(diào)到0.17 m3/h，使18口配注母液量較低的注入井滿足了地質(zhì)方案設(shè)計(jì)要求，地質(zhì)方案符合率由62.5%提高到100%（表2）。同時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)調(diào)節(jié)流量，減少了調(diào)節(jié)閥門的頻繁開啟次數(shù)，降低了自動(dòng)停泵次數(shù)，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度。

表2 注聚站改造前后單井方案執(zhí)行情況統(tǒng)計(jì)

通過應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，平均每臺(tái)注聚泵日節(jié)約用電107.5 k Wh，8臺(tái)注聚泵日節(jié)約用電860 k Wh，年節(jié)約用電31.39×104k Wh，年節(jié)約成本費(fèi)用20.03萬元。

3 結(jié)語

變頻調(diào)速技術(shù)通過頻率調(diào)節(jié)，擴(kuò)大了注聚泵的排量范圍，地質(zhì)方案符合率由62.5%提高到100%，滿足了油田開發(fā)的需求。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備平穩(wěn)開啟，降低了自動(dòng)停泵次數(shù)，提高了勞動(dòng)效率。

變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用后，電動(dòng)機(jī)功率輸出與流量輸出有效匹配，避免了工頻狀態(tài)下保持額定功率輸出的狀況，降低了能耗，系統(tǒng)運(yùn)行以來，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，年節(jié)約資金20.03萬元，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

[1]韋小兵.聚合物驅(qū)一泵多井注入方式適應(yīng)性分析[J].油氣田地面工程，2009，28（8）：57-58.

[2]張軍.ABB變頻器在新疆油田采油注聚試驗(yàn)工程中的應(yīng)用[J].電器時(shí)代，2006（10）：26-28.

[3]倪文俊，范建國，魏光芹.注聚站節(jié)電措施初見成效[J].國外油田工程，2004，20（7）：42-44.

[4]鄭衛(wèi)東.變頻調(diào)速技術(shù)在泵類設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中的應(yīng)用[J].數(shù)學(xué)技術(shù)與應(yīng)用，2011（6）：68.

[5]張智芳.PLC在注聚站中的應(yīng)用[J].儀表技術(shù)與傳感器，2007（4）：70.

[6]楊有為，劉嵐昊，吳麗穎.注聚站注水流量調(diào)節(jié)裝置的節(jié)能應(yīng)用分析[J].石油石化節(jié)能，2014（11）：29-30.

[7]胡國林，胡玉輝，張連社，等.淺談如何搞好注聚站節(jié)能降本管理工作[J].油氣田地面工程，2002，21（3）：10-11.

[8]徐偉生，閆云貴，邢立國.大港油田三次采油地面工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].石油鉆采工藝，2002，24（S1）：70-72.

[9]陳軍.探討現(xiàn)今自控技術(shù)在油田中的應(yīng)用[J].信息系統(tǒng)工程，2013（6）：99.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.005

2017-03-20

（編輯 莊景春）

孔維海，高級(jí)工程師，2001年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院（機(jī)械電子工程專業(yè)），從事自控系統(tǒng)維護(hù)與技術(shù)工作，E-mail：9263761@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，163113。