变频装置在油田生产中的应用

夏建聪（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

目前，国内一些油田的开发已基本进入中后期，大庆油田进入特高含水期后，油田生产规模不断扩大，勘探开发投资压力不断增大，加之水、电等主要物耗价格上涨，成本控制难度越来越大。因此，采油厂在注水系统、集输系统等方面已逐渐推广应用变频技术。从而降低了电能的损耗，为油田的节能降耗做出了贡献。

1 问题的提出

在油田原油生产过程中，油气集输、含油污水处理、油田注水、水源井供水等主要生产工艺大部分是通过各种泵、空气压缩机来完成，其用电量占油田总用电量的70%～80%。目前，这些油泵、水泵和空气压缩机大都处于电动机驱动恒速运转状态，由于设计时考虑到油田发展的需要，选型时一般选择容量较大的电动机，使得大多数泵站都存在大马拉小车的现象；另一方面，随着油田开发程度的加深，注采、集输等要求的不断调整，很大一部分油、水泵处于变工况状态下运行，因此在运行中普遍存在着离心泵节流、往复泵打回流的现象，造成电能损失巨大。下面分三方面进行阐述。

1.1 输油系统

输油泵是油田生产运行中主要能耗设备。由于泵的特性和管路特性不匹配，在实际运行中需要根据运行工况控制输油泵出口阀门的开度来调节流量，以满足生产工艺的需要。这种流量调节方式在输油泵出口阀门前后产生较大的泵管压差，大量的能源消耗在泵出口阀前后，造成能源的浪费。

离心式输油泵在其额定工况下的效率最高。但由于管线流程阻力、管线结垢情况、原油温度的高低而发生变化，在工艺流程设计时，往往按可能发生的最大工况选择泵型，离心泵电动机功率的选配，储备功率太高，再加上现有转油站的产液量增加或减少了，因此，使得离心式输油泵很难在额定工况运行，输油系统效率很低。通过改变泵的转速就可以实现改变泵的排量、扬程。这是一种改变泵的工况的最佳途径，也就是说，通过改变电动机的转速来实现离心泵的调节。

因此在输油泵机组上推广应用变频调速系统，可以实现通过改变输油泵的转速进行不同的工况调节，消除泵管压差而产生的节流损失，降低了输油单耗，节约了电能，改善了工艺。

1.2 掺水系统

目前掺水泵运行存在的问题是，掺水系统掺水泵电动机功率比较大，均为普通电动机，电动机负载利用率低，无功损耗大，同时，在人工控制掺水泵出口阀门时，因为油井生产的不确定性，往往造成掺水过多，致使能量浪费；或掺水太少，不能起到良好的掺水效果，影响油井的生产。在用水低谷时，对系统的调节工作量较大，人工调节跟不上时，导致系统压力过高，使油田管网系统损坏。而且通过阀门调节实现水量的控制，不仅工作量大，且大量的电能白白浪费在管路和阀门上。特别是季节的变化，掺水量变化也大，掺水泵的外输量不能随着需求量的变化而进行调整，造成能源的浪费（污水和用电）。所以，为了保证掺水系统连续、安全、可靠运行，使其满足水量要求又使能耗电量最小，从而达到节能的目的，必须要对掺水泵系统实行变频技术改造。

1.3 注水系统

油田注水站注水泵在使用变频装置调速之前，都是用工频启动设备，机泵在恒速下运行，在实际生产中，由于注水系统的不稳定性，使得泵站压力经常发生变化，当压力超过或低于规定值时，只能靠人为的起停泵或打回流（注水泵以一定的压力、排量运行时，为满足注水井计划注水量的要求，在注水泵出口处把一部分回流到储水罐）来调节压力，此种调节方法很难达到注水要求，如果停一台机泵，则压力达不到要求，不停机泵，则压力太高。因此，长期以来，泵站经常处在超压或欠压状况下运行，既影响稳压注水又浪费电能。应用变频控制技术，从根本上解决了这一影响注水质量及注水效率的难题。通过改变注水泵电动机转速来调节注水泵排量，不仅可减少回流量，实现稳压注水，还可以提高管网效率，减少电耗，达到节能的目的。

2 变频器的使用情况

采油厂使用变频装置的数量逐年增加，在转油站、联合站、注水站、注聚站、计量间都有使用。据统计，应用效果较好。台Ⅰ联应用变频装置的前后对比见表1、表2。

从表1和表2可以看出使用变频器后机泵的电量消耗明显降低。以台Ⅰ联掺水泵1月份为例，变频前掺水泵月耗电量为57981kWh，日耗电1870 kWh；变频后月耗电量为48005kWh，日耗电1548kWh，日节电量322kWh。以每度电费用为0.51元计算，日节电164元，每年可节约电费59860元左右，经济效益十分可观。

表1 台Ⅰ联1#、3#掺水泵安装变频前后耗能对比

表2 台Ⅰ联2#、3#外输泵安装变频前后耗能对比

2013年3月采油厂在葡A注水站安装了前置变频装置，并投入使用，注水站平均泵压控制在15 MPa左右，管压为14.9MPa左右，注水电动机的电流由原来的125A降到90A，在泵排量和出站压力不变的情况下，注水泵日平均耗电量由26400kWh降到24500kWh，降低了1900kWh，泵水单耗由原来的7.81kWh/m3降到6.97kWh/m3，降低了0.84kWh/m3。见表3。

表3 葡A注水站变频安装前后数据对比

表4 葡B注水站变频安装前后数据对比

葡B注水站前置变频在2013年6月20日投运，注水站泵压控制在15.1MPa左右，管压为15MPa左右，注水电动机的电流由原来的180A降到155A，注水泵日平均耗电量由40320kWh降到36520kWh，降低了3800kWh，泵水单耗由原来的5.81kWh/m3降到4.92kWh/m3，降低了0.89kWh/m3。见表4。

3 结论

1）节能效果明显。电动机采用变频调速，可以使电动机和驱动的传动机械变速运行，对于相同负荷定速运行的耗电量明显降低，速度越低越省电。同样也降低了变电、输电的有功和无功负荷。

2）安装变频装置可实现生产过程中的自动控制，安装调试方便，操作简单，能大幅度地简化操作人员的操作程序，降低劳动强度。

3）由于使用变频使电动机的频率下降，大大降低了噪声及振动，改善了现场工作环境，同时避免了“大马拉小车”的现象。

4）由于设备转速降低，设备工作平稳，磨损减少，延长了设备的使用寿命和检修周期。

5）使用变频调速系统后，由于注水压力始终保持恒定，一方面保持了地下压力的平衡，取得了良好的驱油效果；另一方面对油井及含油层有一定的保护作用，能够做到文明开采，延长油井寿命。

6）加大变频调速技术在油田自控系统中的应用，将是今后油田生产和设备管理的必然趋势。