三元采出井加药装置节能降耗技术应用

许大明（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

点滴加药装置通过电子智能控制技术实现井下防垢药剂定时、定量投加，每日加药量可控[1]，能在井下形成稳定的目标浓度。目前采油三厂在用三元采出井防垢加药装置112 套，且随着三元驱井数逐年增多，配套加药装置数量也逐年呈上升趋势。这些加药箱年耗电量较大，单柱塞药箱日均耗电48 kWh，双柱塞药箱日均耗电为51 kWh。对该装置进行节能改造势在必行。

1 药箱能耗情况

加药箱由箱体，储药罐，柱塞泵（单泵或双泵），定时通断控制器，加药管线，压力表，电加热带等部件组成，见图1。通过对各部位运行情况和技术性能指标进行分析，得出具体部位能耗情况如下。

1.1 柱塞泵

柱塞泵又称往复泵，它主要是依靠泵缸内作往复运动的柱塞来改变工作室的容积，从而达到吸入和排出液体的目的[2]。往复运动的柱塞，将机械能以静压形式直接传递给液体，泵体内的水力损失较小。点滴加药装置通过定时通断控制器进行控制柱塞泵启停，人工计算好单井日加药量后，在保证井底药剂浓度相对稳定的前提下，将储药罐中药剂分时段注入油套环空。112 台柱塞泵年耗电量情况见表1。

图1 加药箱组成示意图（单泵、双泵）

表1 柱塞泵耗电情况统计

1.2 伴热带及箱内加热器

电伴热及箱内加热板是有效的保温及防冻措施，点滴加药装置目前在用的伴热带为25 W/m的恒功率电热带，加热板功率为2 kW。这种伴热带通电后以恒定的功率发热， 功率并不随环境温度的改变而变化[3]。电伴热及加热板主要集中在药箱内的储液罐底部及药箱通向井口的输药管线上。经过测算，每口井伴热带平均用量为10 m，每套装置加热总功率2.25 kW。每年11 月至次年2 月（共计4 个月）投入使用，每月按30 天计算，112 套加药装置加热带年耗电量为72.576×104kWh。

1.3 箱体及管线

目前箱体未加装保温材料，大部分井的输药管线加热带裸露，造成热量散失严重，每年冬季都有10%～20%的井由于保温效果不好，当加热带临时故障时出现管线或者药箱冻堵，需要调高加热带加热功率进行解冻，甚至调用高温蒸汽车对管线进行刺洗，造成能耗额外增加。

综上所述，三元采出井点滴加药装置在正常运转情况下，全厂年耗电量可达159.738×104kWh。

2 节能降耗措施

2.1 箱体及管线加装保温材料

采用聚氨酯夹芯板对箱体进行保温处理，对输药管线采用可塑性强、导热系数低、耐高温、施工方便的复合硅酸盐涂料保温材料进行涂覆，使管线的保温效果更好、散热损失更小，改造后的装置见图2。

图2 保温改造后装置外观及内部实物

截止目前，保温施工后的药箱和管线未在寒冷的冬季产生冻堵。初步测算，节能率约为37%左右。

2.2 对电动机实施变频器控制

由于采出井井况的需要，现用加药装置中有8套装置每天需持续运行20 h 以上，这些井不需要柱塞泵恒流量工作，对这些柱塞泵电动机全部加装了变频器，使电动机运行频率始终保持在30～40 Hz，降低了运行电流，变频工作原理[4]见图3 所示。投入前工频运转时， 每套装置日耗电89 kWh。投入后在低频下运行时，日耗电74 kWh。平均日节电15 kWh，年节电5 475 kWh，折全年共节电为4.38×104kWh。

图3 变频调速原理

2.3 调整柱塞泵的启运周期

柱塞泵的启停周期由井底目标浓度及药箱药剂浓度有关。在井底目标浓度相同的情况下，储液罐中药剂浓度高的加药设备相比低浓度设备其柱塞泵运行时间较短，停泵时间较长，储罐装药周期长。但若一味提高药箱药剂浓度将会导致药剂扩散速度慢，使药剂产生浪费。经过公式（1）计算，在停泵时间尽可能长（装药周期长）的情况下，确定了储药罐中的合理药剂浓度，将原有“停三运三”工况优化为“停四运二”，每天可减少运行时间4 h。

式中：C ——井口采出药剂目标浓度，kg/m3；

v——储药罐体积，m3；

C1——储药罐药剂浓度，kg/m3；

Q——采出井日产水量，m3；

t——装药周期，d。

2.4 优选电伴热类型、加装自动温控

用自限温电热带取代恒功率式电伴热带。自限温电热带导电塑料作为发热材料， 其电阻值在不同温度下变化，使其发热功率相应变化。被伴热介质温度升高其输出功率随之减小[5]。

式中：Q——实际需要的伴热发热量，W/m；

f ——保温材料系数；

e ——管材系数（金属为1，非金属为0.6～0.9）；

h——环境系数（室外为1,室内为0.9）；

q ——基准情况下单位长度管道的散热量，W/m。

加药箱输药管线材质为金属， 管径为DN40，保温材料是硅酸钙， 厚度40 mm ，管道中介质的维持温度为1 ℃，冬季最低气温-30 ℃，查表得f =1， e =1， h =1，依据内插法算出q 为8 W/m，所需伴热量为8 W/m。自限温电热带应选用维持温度下的功率大于或等于所需伴热量的型号， 故应该选用10 W/m 电伴热。

同时加装温度控制器， 当箱体温度上升到该设定值时，温控仪断开相应的继电器，箱内加热板停止工作。当温度低于该设定值相应接触器合上，加热板恢复工作[6]，从而保持一恒定的温度值。经过实际运行分析， 温控器可提高能效， 在初冬初春季温暖的天气可以节省不必要的电能。

2.5 拆除药箱内压力表

由于A11 系统的推广，目前油井井口大都装有油套压自动监测装置，药箱内监测输药管线的压力表已经被自动化设备所取代。将这部分压力表拆除，年节约配件费用约1.5 万元。

3 现场应用效果

应用以上节能措施在现场对25 套加药装置设备进行改造。由于设备里的柱塞泵及加热带不是全天运行，采用理论计算方式计算节能效果较复杂。为了确保措施效果统计准确可靠，在25 套设备配电箱处均临时加装电能表，统计措施前后（均在冬季进行）用电量。经测算，措施前设备日平均用电量为75.36 kWh，措施后为45.71 kWh，单套装置平均日节电29.65 kWh，降耗达39.34%。若将此措施应用至全厂加药装置，每年冬季（按4 个月每月30日算） 可节电39.849 6×104kWh，节能降耗效果显著。

4 结论

1）通过调整运行参数、加保温、优化伴热带类型及功率加装温控等手段能够很好的降低加药装置的能耗。

2）变频装置有节电功能但仅适用于不要求药剂恒排量注入的加药装置上。

3）新技术新工艺的应用使得三元采出井点滴加药防垢装置在节能降耗方面有很大空间，现场对25 套加药设备进行改造，改造后单套装置平均日节电29.65 kWh，每年冬季可节电39.849 6×104kWh。值得在油田推广应用。