楊孝剛，趙防震，王寶明，邢 磊，郭慧琴

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

注水泵帶載啟動(dòng)穩(wěn)壓注水技術(shù)試驗(yàn)及效果分析

楊孝剛，趙防震，王寶明，邢 磊，郭慧琴

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

采油A廠擁有柱塞式注水泵站78座，安裝泵和泵撬320臺(tái)（套），注水泵操作標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序規(guī)定，注水泵在啟動(dòng)時(shí)，首先要人工現(xiàn)場(chǎng)盤泵，待泵啟動(dòng)后，使泵空載運(yùn)轉(zhuǎn)至注水額定轉(zhuǎn)速后，操作員工應(yīng)根據(jù)分水器壓力，現(xiàn)場(chǎng)逐漸關(guān)小高壓回流閥門調(diào)節(jié)注水壓力?，F(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境壓力高，安全隱患大，且節(jié)流損失的壓力大，節(jié)流能耗浪費(fèi)嚴(yán)重，設(shè)備維修費(fèi)用高。因此，試驗(yàn)注水泵帶壓?jiǎn)?dòng)穩(wěn)壓運(yùn)行，可避免啟動(dòng)時(shí)泄壓造成能量浪費(fèi)，減少對(duì)回流閥損害，降低操作人員進(jìn)入高壓注水區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓注水，保持注水壓力穩(wěn)定，確保了鼠籠電機(jī)在低頻工作時(shí)溫升正常。

注水泵；帶載啟動(dòng)；穩(wěn)壓運(yùn)行；應(yīng)用效果

1 采油A廠注水泵使用基本概況

1.1 采油A廠注水系統(tǒng)能耗監(jiān)測(cè)

2015年，采油A廠組織對(duì)全區(qū)113臺(tái)注水泵進(jìn)行了能耗測(cè)試（見表1），結(jié)果顯示：注水泵平均容積泵效86.4%，注水泵平均機(jī)組效率約72%，注水單耗平均值 6.8 kW·h/m3。

2 地面注水工藝存在問(wèn)題

2.1 常規(guī)啟停程序復(fù)雜，安全隱患大

按照標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序，柱塞泵標(biāo)準(zhǔn)啟停一次，操作員工需三次進(jìn)入注水泵泵房及高壓配水間，開、關(guān)高壓閥門10次。操作人員頻繁進(jìn)、出高壓區(qū)域，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

2.2 常規(guī)啟停操作時(shí)間長(zhǎng)，能耗浪費(fèi)嚴(yán)重

柱塞泵常規(guī)啟停作業(yè)，由于環(huán)境壓力高不能直接帶載起泵，需通過(guò)開、關(guān)高壓回流閥門啟動(dòng)，且注水泵從泄壓-起泵-壓力穩(wěn)定正常，一般需要30 min～40 min，導(dǎo)致水量通過(guò)回流管線進(jìn)入低壓儲(chǔ)水罐，造成能耗浪費(fèi)，同時(shí)增加了管線和地層設(shè)備壓力高低激動(dòng)損壞頻次。

2.3 頻繁開關(guān)，設(shè)備維護(hù)成本高

（1）頻繁開、關(guān)高壓閘門，導(dǎo)致閥體密封面磨損速度快，造成進(jìn)、排液閥體密封面刺漏，閥內(nèi)漏量上升，泵排量下降，泵效下降;

（2）設(shè)備維護(hù)頻繁，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，附件損壞、消耗率高，維護(hù)費(fèi)用高。

2.4 不能直接帶載啟動(dòng)，啟（換）泵操作程序復(fù)雜

注水泵從泄壓→起泵→壓力穩(wěn)定正常，一般需要30 min～40 min，注水管線上高壓水通過(guò)回流管線進(jìn)入低壓儲(chǔ)水罐，造成能量浪費(fèi)；按2臺(tái)220 kW的注水泵起泵過(guò)程大概耗電110 kW·h～150 kW·h；泄壓又增壓過(guò)程對(duì)管線和地層容易造成壓力激動(dòng)（見圖1）。

表1 采油A廠注水系統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)表

圖1 注水站注水流程示意圖

表2 不同電機(jī)及控制系統(tǒng)的比較優(yōu)選

3 注水泵帶載啟動(dòng)穩(wěn)壓工藝技術(shù)

3.1 注水泵帶載啟動(dòng)穩(wěn)壓工藝技術(shù)要求

實(shí)現(xiàn)注水泵帶載啟動(dòng)的核心：要求電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)[1-3]。調(diào)研各電機(jī)及控制方式特點(diǎn)如下，對(duì)比得，矢量控制將三相耦合的交流系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榛ハ啻怪钡膬上嘀绷鞅豢亓?，分別控制電機(jī)的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩，達(dá)到類似直流電機(jī)的特性實(shí)現(xiàn)調(diào)速范圍寬、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)（見表2）。

3.2 注水泵帶載啟動(dòng)穩(wěn)壓工藝工作原理

根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量（勵(lì)磁電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式（見圖2）。

3.3 自動(dòng)穩(wěn)壓注水原理

通過(guò)變頻器閉環(huán)控制，將注水壓力信號(hào)傳至變頻柜的控制器，將實(shí)時(shí)壓力值與目標(biāo)值進(jìn)行閉環(huán)PID計(jì)算處理，將壓力差值轉(zhuǎn)換成頻率命令，實(shí)現(xiàn)變頻器對(duì)注水泵自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證注水泵自動(dòng)穩(wěn)壓注水（見圖3）。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果分析

2016年，積極與A研究所溝通，分析了本廠注水系統(tǒng)運(yùn)行狀況，針對(duì)注水泵現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境壓力高，安全隱患大等問(wèn)題，引進(jìn)、試驗(yàn)了注水泵帶載啟動(dòng)穩(wěn)壓運(yùn)行工藝，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比。

4.1 注水泵帶載啟動(dòng)穩(wěn)壓工藝操作簡(jiǎn)單

通過(guò)啟泵步驟的對(duì)比，帶壓起泵操作安全簡(jiǎn)單，傳統(tǒng)啟泵進(jìn)入高壓區(qū)域存在較大安全隱患，回流閥門損壞頻繁，耗費(fèi)人力、浪費(fèi)能耗、啟停過(guò)程復(fù)雜。

4.2 配套獨(dú)立風(fēng)扇，降低普通電機(jī)運(yùn)行溫度

圖2 帶載啟動(dòng)穩(wěn)壓工藝工作原理示意圖

圖3 自動(dòng)穩(wěn)壓注水技術(shù)原理示意圖

圖4 自動(dòng)穩(wěn)壓注水技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)圖

表3 帶載啟動(dòng)穩(wěn)壓注水裝置測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)為異步鼠籠電機(jī)，散熱方式為風(fēng)冷，根據(jù)變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)要求，針對(duì)原有的風(fēng)機(jī)工作方式不能滿足現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的散熱需求，加裝獨(dú)立散熱調(diào)速風(fēng)機(jī)，改造后，電機(jī)溫度最高只有71℃；散熱效果明顯（見圖4）。

4.3 節(jié)能效果顯著

安裝帶載啟動(dòng)穩(wěn)壓注水裝置后，電動(dòng)機(jī)輸入有功功率合計(jì)下降160.62 kW，注水站能量利用率平均值提高12.07%，注水單耗平均值下降1.19 kW·h/m3，有功節(jié)電量合計(jì)140.19×104kW·h/a，折算標(biāo)準(zhǔn)煤合計(jì)468.23 t/a，有功節(jié)電率平均值22.02%（見表3）。

4.4 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

全年節(jié)約費(fèi)用：（140.19+3.92）×104×0.62=89.35 萬(wàn)元，節(jié)約維護(hù)費(fèi)用：2.5×12=30萬(wàn)元，合計(jì)：電費(fèi)89.35萬(wàn)元+維護(hù)費(fèi)30萬(wàn)元=119.35萬(wàn)元。

其中改造費(fèi)用：當(dāng)期發(fā)生費(fèi)用=155萬(wàn)元（5臺(tái)設(shè)備購(gòu)置及安裝費(fèi)用）。

投資回收期：155萬(wàn)元（投資費(fèi)用）÷119.35萬(wàn)元（節(jié)約費(fèi)用）=1.3年。

5 結(jié)論

（1）注水泵帶載啟動(dòng)穩(wěn)壓運(yùn)行工藝實(shí)現(xiàn)了常規(guī)三項(xiàng)異步電機(jī)直接帶載啟動(dòng)，簡(jiǎn)化起泵程序；

（2）通過(guò)PID控制，實(shí)現(xiàn)注水泵注水壓力波動(dòng)在0.1 MPa內(nèi)運(yùn)行，確保了注水系統(tǒng)自動(dòng)穩(wěn)壓；

（3）通過(guò)PID控制，設(shè)定超限報(bào)警，當(dāng)實(shí)際壓力超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，注水泵自動(dòng)保護(hù)停泵，降低了注水系統(tǒng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)；

（4）與同類技術(shù)相比，運(yùn)行成本降低20%以上。

［1］俞伯炎，等.石油工業(yè)節(jié)能技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2005.

［2］楊龍周.淺談異步電機(jī)矢量控制應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2009，（16）：174.

［3］王曉龍，楊濤，王暉，陸新興.恒壓恒流自動(dòng)控制注水工藝技術(shù)在坪北油田的應(yīng)用［J］.江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，24（5）：51-53.

Injection pump start on load voltage stabilizing water injection technology test and result analysis

YANG Xiaogang，ZHAO Fangzhen，WANG Baoming，XING Lei，GUO Huiqin
（Oil Production Plant 3 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yinchuan Ningxia 750006，China）

Oil production factory A has plunger type water injection pump station 78,installation of pumps and pump with 320 units（sets）.The injection pump operation standard operating procedures,injection pumps at start up,the first thing to artificial disc pump,to pump starts,no-load running to the rated speed,water injection pump operation staff should,according to the manifold pressurefield gradually down high pressure backflow valve adjusting water injection pressure.Site operation environment pressure is high,the potential safety hazard,and the throttling loss of pressure,throttle serious energy waste,high cost of equipment maintenance.Therefore,test injection pump with pressure start-up voltage operation,can avoid the leakage of the start up cause energy waste,reduce the damage to backflow,reduce the risk of operator into high pressure water injection area.At the same time to realize automatic voltage regulator with water,maintain water injection pressure stability,ensure the squirrel-cage motor in low frequency work at normal temperature.

injection pumps；start with load；voltage stability；application effect

TE964

A

1673-5285（2017）11-0091-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.022

2017-10-13

楊孝剛，男（1984-），工程師，2008年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)為長(zhǎng)慶油田第三采油廠技術(shù)監(jiān)督中心計(jì)量節(jié)能室科員，主要從事油田節(jié)能節(jié)水研究工作。