变频调速控制系统在采油注水泵站的应用

田传凯 陈建燕

摘 要：变频调速技术是现代电机电泵使用当中最为常见的主流技术，其不仅能够保证用户对油、水的正常使用，而且还能够降低使用过程中的能耗和设备磨损，并且实现了电力设备的自动化改造。本文即是对变频调速控制系统在采油注水泵站中的应用进行研究，探讨了泵站当中变频调速技术的相关概念，并说明了这项技术的工作原理，最终以大庆油厂某泵站的改造方案作为案例说明了这一技术的应用。

关键词：变频调速；采油注水泵站；原理；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.219

在石油采集工程当中，由于地下的原油被不断地抽到地面之上，导致地下岩层所承受的压力逐渐减小，这样既会对原油抽取时的压力产生影响，降低原油采集效率；又会对地下岩层的稳定性造成应影响。因此通常采用高压注水维持地下压力的方法，所需要的水流压力应保持在30MPa以上，这就大大增加了泵站设备的能耗的磨损，加之传统水泵所产生的压力不够稳定，因此应利用现代变频调速技术进行更换和完善。

1 采油注水泵站变频调速技术的含义

目前我国变频调速技术的应用已经非常深入，各地采油注水泵站内所使用的均为恒压供水技术，其利用现代智能化的变频调速技术对水泵的输出频率进行有规律的改变，可以调节水泵的运转速率，进而保障注水水压能够有效维持在小范围可控变化内。该技术主要借助于注水管道内压力变化感应器的远程监控，将水压的变化信号转变为电子数据，实时向控制中心发送，控制中心则利用这些数据对水压的变化进行调节，降低了单位时间内注水所需要的能源量[1]。

2 现代变频调速技术的基本原理

现代我国各地采油注水泵站所使用的变频调速系统均是根据实际用水压力大小来设置变频调速的控制。其原理具体为：

当使用者所需水压为L0时，其低于实际的水压L，此时采油注水泵站的机组当中就会有部分水泵进入变频调速的状态，另外部分机组则有计算机自动控制到断开停机状态，这样就可以适当降低管道内的输出水压，节省不必要的能量损耗。而如果在运行过程中，实际的水压L低于所需水压L0时，则计算机能够将采油注水泵站内机组所有水泵均调整到全工频运行状态，保证水压能够快速提升到限定范围。利用公式进行表示后则为：当L0≥L时，水泵电机切换为全工频运行状态；当L0

3 变频调速控制系统的实际应用——以大庆某采油注水泵站为例

该采油注水泵站始建于1984年，当时本站机组内所使用的均为高压全工频离心水泵，机组中共5台，采用交替运行的方式，同一时间内运行水泵电机数量为2台，注水压力保持在14MPa范围内，每天的供水量可以达到2.1万立方米。当时由于我国正处于石油开采的起步阶段，油田均位于底层下较浅位置，因此对于注水的压力要求较低。而随着石油开展量和效率的不断提升，使得近几年采油注水的水压要求越来越高，传统的单纯全工频电机已经无法满足现代石油开采的需求，因此在早期是开始使用人工调节方式，每隔1h均需要对阀门进行调节，用以控制水流的压强，但频繁的手动控制会对阀门本身产生损耗，根据研究显示这类损耗占总输出功率的1/3左右，发现人工调节的局限性较大。

当前该注水泵站内每小时的供水量可以达到700立方米，经过改造之后安装了1台全工频水泵电机，输出量为每小时500立方米，另外安装1台变频调速水泵，其输出量为每小时250立方米。在改造的过程中共提出了两个备选方案，其一是加装离心调速泵，其二是加装柱塞调速泵。

其中离心调速泵的技术目前已经发展成熟，该电机本身体积较小，但排水量较大，根据现代流体动力学理论研究，该变频调速泵的流量与其转子转速的一次方成振臂，也就是流量Qn；而该离心泵的水压则与转子转速的二次方成正比，也就是水压Hn2；电机输出功率与转子转速的三次方成正比，也就是功率Pn3，同时功率也与水泵流量的三次方成正比，即PQ3[3]。根据这一特性可以看出，离心泵在变频调速时随着水流量的下降，其水泵内水压也会降低，并且无法保证注水过程中干压的恒定，可调控的范围较小。

柱塞调速泵的运行特性与离心调速泵有着明显的差异，其Q与电机转速n有关，但H与电机转速没有关联，而是与电机的转矩成正比，并且P也与电机转速的一次方成正比。但这种电机本身体积较大，容量较低，最大排水量仅为每小时120立方米。因此，该采油注水泵站在选择方案是为了弥补柱塞调速泵的注水量低的缺点，加装了两台，在所需水流量较大时两台同时开启，这样可以进一步降低使用过程中的能耗。在使用这一改造方案之后，小时每立方米能耗由以前的4.7kW降低为4.0kW，整个本站的总节能率达到了15%。

4 结语

利用变频调速控制系统可以有效提升采油注水泵站的节能效果，提升水泵电机的运行效率，既满足了采油时对于水压水量的需求，又为企业节约了大量的能源消耗和设备磨损费用。同时变频调速控制系统是现代智能化、自动化的主要表现，可以有效降低人工成本。

参考文献：

[1]赵中伟，翟全良.文二联注水站变频调速控制系统技术应用[J].Inner Mongulia Petrochemical Industry，2012（11）：101.

[2]姚杰.前置泵变频调速技术在油田注水系统中的应用[J].电气应用，2012（03）：62-65.

[3]路伟，李勇，康红滨.变频调速控制系统在油田注水泵上的节能探讨[J].科技与企业，2012（20）：264.