注水泵带载启动稳压注水技术试验及效果分析

杨孝刚，赵防震，王宝明，邢 磊，郭慧琴

（中国石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川 750006）

注水泵带载启动稳压注水技术试验及效果分析

杨孝刚，赵防震，王宝明，邢 磊，郭慧琴

（中国石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川 750006）

采油A厂拥有柱塞式注水泵站78座，安装泵和泵撬320台（套），注水泵操作标准作业程序规定，注水泵在启动时，首先要人工现场盘泵，待泵启动后，使泵空载运转至注水额定转速后，操作员工应根据分水器压力，现场逐渐关小高压回流阀门调节注水压力。现场操作环境压力高，安全隐患大，且节流损失的压力大，节流能耗浪费严重，设备维修费用高。因此，试验注水泵带压启动稳压运行，可避免启动时泄压造成能量浪费，减少对回流阀损害，降低操作人员进入高压注水区域风险，同时实现自动稳压注水，保持注水压力稳定，确保了鼠笼电机在低频工作时温升正常。

注水泵；带载启动；稳压运行；应用效果

1 采油A厂注水泵使用基本概况

1.1 采油A厂注水系统能耗监测

2015年，采油A厂组织对全区113台注水泵进行了能耗测试（见表1），结果显示：注水泵平均容积泵效86.4%，注水泵平均机组效率约72%，注水单耗平均值 6.8 kW·h/m3。

2 地面注水工艺存在问题

2.1 常规启停程序复杂，安全隐患大

按照标准化作业程序，柱塞泵标准启停一次，操作员工需三次进入注水泵泵房及高压配水间，开、关高压阀门10次。操作人员频繁进、出高压区域，安全风险大。

2.2 常规启停操作时间长，能耗浪费严重

柱塞泵常规启停作业，由于环境压力高不能直接带载起泵，需通过开、关高压回流阀门启动，且注水泵从泄压-起泵-压力稳定正常，一般需要30 min～40 min，导致水量通过回流管线进入低压储水罐，造成能耗浪费，同时增加了管线和地层设备压力高低激动损坏频次。

2.3 频繁开关，设备维护成本高

（1）频繁开、关高压闸门，导致阀体密封面磨损速度快，造成进、排液阀体密封面刺漏，阀内漏量上升，泵排量下降，泵效下降;

（2）设备维护频繁，工人劳动强度大，附件损坏、消耗率高，维护费用高。

2.4 不能直接带载启动，启（换）泵操作程序复杂

注水泵从泄压→起泵→压力稳定正常，一般需要30 min～40 min，注水管线上高压水通过回流管线进入低压储水罐，造成能量浪费；按2台220 kW的注水泵起泵过程大概耗电110 kW·h～150 kW·h；泄压又增压过程对管线和地层容易造成压力激动（见图1）。

表1 采油A厂注水系统能耗统计表

图1 注水站注水流程示意图

表2 不同电机及控制系统的比较优选

3 注水泵带载启动稳压工艺技术

3.1 注水泵带载启动稳压工艺技术要求

实现注水泵带载启动的核心：要求电机启动转矩大、过载能力强[1-3]。调研各电机及控制方式特点如下，对比得，矢量控制将三相耦合的交流系统，转变为互相垂直的两相直流被控量，分别控制电机的磁场和转矩，达到类似直流电机的特性实现调速范围宽、启动转矩大、过载能力强等特点（见表2）。

3.2 注水泵带载启动稳压工艺工作原理

根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式（见图2）。

3.3 自动稳压注水原理

通过变频器闭环控制，将注水压力信号传至变频柜的控制器，将实时压力值与目标值进行闭环PID计算处理，将压力差值转换成频率命令，实现变频器对注水泵自动调节，保证注水泵自动稳压注水（见图3）。

4 现场试验及效果分析

2016年，积极与A研究所沟通，分析了本厂注水系统运行状况，针对注水泵现场操作环境压力高，安全隐患大等问题，引进、试验了注水泵带载启动稳压运行工艺，通过现场对比。

4.1 注水泵带载启动稳压工艺操作简单

通过启泵步骤的对比，带压起泵操作安全简单，传统启泵进入高压区域存在较大安全隐患，回流阀门损坏频繁，耗费人力、浪费能耗、启停过程复杂。

4.2 配套独立风扇，降低普通电机运行温度

图2 带载启动稳压工艺工作原理示意图

图3 自动稳压注水技术原理示意图

图4 自动稳压注水技术现场图

表3 带载启动稳压注水装置测试数据计算结果

现场电机为异步鼠笼电机，散热方式为风冷，根据变频调速系统技术要求，针对原有的风机工作方式不能满足现场电机的散热需求，加装独立散热调速风机，改造后，电机温度最高只有71℃；散热效果明显（见图4）。

4.3 节能效果显著

安装带载启动稳压注水装置后，电动机输入有功功率合计下降160.62 kW，注水站能量利用率平均值提高12.07%，注水单耗平均值下降1.19 kW·h/m3，有功节电量合计140.19×104kW·h/a，折算标准煤合计468.23 t/a，有功节电率平均值22.02%（见表3）。

4.4 经济效益评价

全年节约费用：（140.19+3.92）×104×0.62=89.35 万元，节约维护费用：2.5×12=30万元，合计：电费89.35万元+维护费30万元=119.35万元。

其中改造费用：当期发生费用=155万元（5台设备购置及安装费用）。

投资回收期：155万元（投资费用）÷119.35万元（节约费用）=1.3年。

5 结论

（1）注水泵带载启动稳压运行工艺实现了常规三项异步电机直接带载启动，简化起泵程序；

（2）通过PID控制，实现注水泵注水压力波动在0.1 MPa内运行，确保了注水系统自动稳压；

（3）通过PID控制，设定超限报警，当实际压力超过报警设定值时，注水泵自动保护停泵，降低了注水系统运行安全风险；

（4）与同类技术相比，运行成本降低20%以上。

［1］俞伯炎，等.石油工业节能技术［M］.北京：石油工业出版社，2005.

［2］杨龙周.浅谈异步电机矢量控制应用［J］.科技风，2009，（16）：174.

［3］王晓龙，杨涛，王晖，陆新兴.恒压恒流自动控制注水工艺技术在坪北油田的应用［J］.江汉石油职工大学学报，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

杨孝刚，男（1984-），工程师，2008年毕业于辽宁石油化工大学油气储运专业，现为长庆油田第三采油厂技术监督中心计量节能室科员，主要从事油田节能节水研究工作。