油田注水泵节能降耗技术的应用研究

2021-04-03温宁锋董晓灵刘飞刘楠李军锋

中国设备工程 2021年1期

温宁锋，董晓灵，刘飞，刘楠，李军锋

（长庆油田分公司第二采油厂，甘肃庆阳 745100）

注水泵是当前我国油田中的重要设备，主要应用在采油注水过程中，可以将采油效率进行显著提升，其在使用过程中需要长期进行运转，功耗较大，需要应用技术手段达到节能降耗目的，降低开采成本，在提升相关采油企业市场竞争力的同时，对创建可持续发展社会也起到了一定程度的推动作用。

1 油田注水泵当前存在的不足

首先，当前油田注水泵的效率并不高，相应地对能源的消耗也会较大，其主要是由于我国部分油田注水站的建设时间较长，其中的各种设备存在严重磨损情况，注水管网老化，管网在长期使用过程中其内部会出现腐蚀以及结垢等现象，在输送介质的过程中会起到一定程度的阻碍作用，造成注水泵工作效率逐步降低的情况。同时，部分油田注水系统中并没有安装回流调节系统，一旦出现泄漏情况，很难及时找出渗漏点，会损失一定的流量。部分注水泵工作参数有误差存在，如果其管压出现波动，会导致整个注水站管网缺失稳定性，增加注水泵工作负荷，降低其出口排量，从而降低效率增加能耗。

其次，注水泵设备的保养和维修工作不到位，设备运行的正常与否直接影响注水泵的工作效率。当前，大部分油田注水站中虽然制定了一系列的保养维修计划，但是，其实际实行效果并不佳，相应的老化、泄漏以及腐蚀问题还是会影响其运行效率，并不能起到节能降耗效果，从而降低其社会效率和经济效益。最后，注水泵电机的匹配问题，即油田注水站在使用初期时，设计参数往往会较大，机泵有较大的额定功率，随着时间的推移和对油田开发技术的不断调整，注水方案得以不断下调，其机泵实际功率和之前设计参数相比往往会小于设计参数，受这类设备成本高的限制，并不能对其进行有效更换，这也就降低了油田注水泵节能降耗的效果。

2 节能降耗技术在油田注水泵中的应用

2.1 泵控泵技术

泵控泵技术又被称为PCP 技术，是油田注水泵实现节能降耗的主要手段之一，通过其设备之间的相关控制，可以起到良好的作用。泵控泵技术是以变频技术和离心泵的串联为基础，当油田注水泵的运行状态是超负荷时，使用泵控泵技术可以极大程度地提升油田注水泵的压力，从而减少其相应的负荷量。同时，也可以利用油田注水泵和增压调节泵彼此的相互作用，实现其共同处理相同的作业过程，达到共同作业的目的。油田注水泵在传统运行方式中，其通常以憋压的形式对流量、干压以及电机进行控制，但是，其在这一过程中的阀门处于不完全打开状态，会造成憋压状态下流量浪费现象，需要工作人员将增压调节泵使用在相关控制过程中，在憋压时，其可以促使阀门完全打开，保持能量和控制压力二者之间的平衡关系，防止流量浪费，增强节能降耗效果。

2.2 变频控制技术

油田注水泵节能降耗技术的应用还体现在变频控制技术上，其通过对恒压注水手段的运用，将压力传感器和电机进行有机结合，如果压力变高，电机的转速也会随之而变高，反之，其也会随着压力的降低而降低，从而实现能量和压力之间的平衡。在实际应用这一技术的过程中，相关工作人员需要在其中相应部位增设报警系统，如果压力变化异常，可以及时停机报警，防止油田注水泵出现较为严重的故障。其次，要想保证变频控制技术的应用效果，需要工作人员充分将油田的实际情况进行分析，需要认识到该技术并不是单纯只是对压力传感器的使用，还需要对油田采油环境以及实际采油需求等相关对影响注水泵工作的因素进行综合考虑，适当增加变频器、调节器等设备进行富足，保证对电压的有效调节，从而提升工作电压的稳定性。最后，传感器可以反映油田注水泵的实际运行状态，变频器和调节器会接收传感器信号，根据其信号情况调节注水泵，合理地将远程操作技术以及信息化技术应用在这一流程中，可以极大程度地提升油田注水泵的智能化和自动化，降低工作人员的工作强度，将操作流程进行简单化，将储水罐和喂水泵两个环节进行有效省略，可以减少传统工作方式中频繁启停注水泵为工作带来的不便，将电能等能源的耗损进行极大程度的节约，从而实现节能降耗。

2.3 调整注水泵泵管压差

油田注水泵的节能降耗技术需要将注水泵泵管的压差进行有效调整，保证注水泵泵口排量在合适的范围内。一方面，工作人员可以将注水泵的叶轮进行减少，注水泵叶轮直接影响着注水泵流量，其直径和轴功率以及扬程的关系密切，将其进行减少可以降低注水泵的电能的消耗，实现节能降耗，同时，这种方式有也可以将其注水泵泵管压差。在对其进行减少过程中需要注意的是，应当遵守一定的要求，将最后一级叶轮进行拆除，才会起到预期作用，最好在拆除之前做好充分准备，避免由于操作不当降低油田注水泵工作运行效率。另一方面，可以通过安装变频调速器调整注水泵泵管压差。变频调速器可以将供水管网的信号进行收集、转换和处理，在其中寻找最佳化的运行频率，并对注水泵的参数进行有效调节。例如，在变频调速器安装之后，一旦供水管网压力出现较低情况，变频调速器会根据自身接收到的信号，调节注水泵参数，将注水泵泵管的压差进行降低，提升工作效率，从而实现节能降耗。

2.4 降低小机泵泵件摩擦

小机泵泵件之间在工作运行过程中的摩擦情况会造成能量损失，其摩擦越大，相应出现的能量损失就会越大，因此，降低其摩擦程度可以起到良好的节能降耗作用。一方面，工作人员可以应用泵涂膜技术，在机泵泵件表面涂抹氟树脂，提升机泵泵件表面的光滑效果，经相关研究表明，涂抹氟树脂的机泵泵件表面和不锈钢表面相具有20 倍的光滑效果，而且由于氟树脂具有不沾水的特点，水可以直接从泵件表面滑过，降低泵内液体分界层与液体内部的涡流，从而降低其功率消耗，提升液体流动速度，保证注水泵的高效运作。另一方面，工作人员也可以将浓缩金属抗磨剂添加到机泵润滑油中，提升其抗磨性、抗腐蚀性以及耐热性，并将摩擦程度进行一定幅度的降低。金属抗磨剂的适用范围很广，基本和各种类型的润滑油都可以相互溶合，并且其本身的性能良好，具有持久稳定的功效，有耐高温、高负荷、高速以及抑制油品氧化的特性，在油田注水泵中，将其进行应用不仅可以实现节能降耗，也可以获得其他方面的综合效益，如机泵寿命、油品质量等，具有极大的应用价值。

2.5 优化注水泵及配套设备

（1）注水泵的优化。注水泵和配套设备的优化是油田注水泵节能降耗技术应用的基础性的措施，油田注水泵在长期工作过程中，会受其工作环境影响，被水中的各种杂质所腐蚀，使其内部配件的磨损状况严重，特别是其中的水泵液力端，往往需要工作人员经常性的维修，降低效率，增加能耗，综合油田注水泵的整体情况，水泵液力端的配件适应寿命往往小于129h，消耗较高。对此，可以采用节能液力端，选择T 字形结构，其可以对工作腔内倒角应力集中起到一定的阻碍作用，从而降低设备损耗。此外，将组合阀组进行改进，除了阀板选择金属材质之外其他部位可以采用非金属材料，提升密封性，并保证阀芯导向仪有一定角度，使其在注水泵运作过程中可以转动，保证其受力均匀，进行自行修复，从而增强注水泵的使用寿命，降低维护成本，提升工作质量。

（2）优化配套设备。第一，将高耗能的电机进行替换，转化为高效电机，结合我国《中小型三相异步电动机能效限定值及能效值》中的标准，保证自身电机的平均效率超过90.3%，其实现的技术方法主要有三种：流动损失、电机摩擦损失以及定子绕组电阻损失，通过高效电机的改造可以在相同时间内使用相同电量，完成更多的工作，达到节能的同时降低生产成本。第二，构建注水自动稳压系统，改进传统的人工阀门，实现对流量的精准控制，增强其运作的可靠性和可控性，如果在实际运作过程中出现阻塞情况以及及时将回流注水完全关闭，实现智能控制，降低工作人员的工作量，促进采油企业内部资源的合理配置，保证工作质量的同时提升工作效率，进而保证油田注水泵有效的节能降耗，提升其经济效益、生态效益以及社会效益。