变频调速技术在注聚站节能降耗中的应用及效果

孔维海（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

变频调速技术在注聚站节能降耗中的应用及效果

孔维海（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

随着大庆油田三次采油工业化推广，注聚站的规模逐渐扩大，能耗增加的问题日益突出。为了控制用电成本，选取某注聚站，应用变频调速技术，对注聚泵实施变频改造，采用变频调速取代工频状态下人工调试。技术应用后，电动机功率输出与流量输出有效匹配，注聚泵的用电能耗下降了30.9%，年节约资金20.03万元，达到了节能降耗的目的。

注聚泵；变频调速技术；功率

大庆油田某注聚站2013年投入开发使用，投产初期由于泵排量范围小，导致近40%的注入井不能满足地质方案配注要求；工频状态下的注液耗电高达25 kWh/m3以上，为了节约用电成本，提高地质方案符合率，对站内注入工艺实施了变频调速改造。改造方案选取站内聚驱注入井48口，注聚泵16台（采用多泵带多井的工艺流程）[1]。方案实施后，提高了地质方案符合率，降低了注聚泵的单耗，提升了聚驱开发、管理水平。

1 变频调速技术原理

变频调速技术的工作原理是电动机的转速与电动机的输入频率呈线性关系，异步电动机输出轴转速与工作电源输入频率公式如下：

式中：n——电动机转速，V/s；

f——电动机输入频率，Hz；

s——电动机转差率；

P——电动机磁极对数。

当电动机的输入频率发生改变时，电动机的转速同时发生改变[2]。此项技术应用在聚驱注入站注入系统工艺中，根据地质方案设计的单井配注量的变化，流量计接收到配注信号，传递到流量控制系统，变频器接收到流量控制系统指令，根据反馈的流量大小自动调节电动机输入频率，通过输出频率的变化控制电动机的转速，从而改变注聚泵排量，达到地质方案配注设计要求，改造后注水系统汉程见图1[3-4]。电动机转速可调，输出功率随着流量的变化而变化，降低了能耗。变频对注聚泵排量的再调节，扩大了注聚泵的排量调节范围，可以更多满足地质开发方案需求。开启时保持较低的启动电流，不会造成瞬时的压力突变，实现了平稳开启，减少了阀门开关频率。

传统工频状态下电动机转速不随流量的变化而变化，保持额定的功率输出[5]，能耗相对较高；输出的泵排量只能在泵额定排量的30%～100%之间，即泵的最小输出排量为额定值的30%，调节范围小，地质方案符合率较低；泵开启的时候，阀门的开启程度控制流量输出，瞬时的高压，常常产生较高的启动电流，造成注聚泵自动停泵的现象[6-7]。变频调速技术在节约能耗、流量调节、平稳开启等方面都优于工频状态下的设备运行。

图1 注聚站变频调速改造后注入系统简易流程

2 变频调速技术的应用及效果

针对该注聚站耗电量大、地质方案符合率低等实际问题，对站内8台注聚泵，实施变频调速改造，加装8台37 kW变频装置，频率范围（出厂设定值）0～50 Hz[8]。实施改造后，平均每台泵注液耗电量由25.47 k Wh/m3下降到19.68 k Wh/m3，注聚泵排量范围全部达到了地质方案设计要求，现场应用取得了较好的效果。

2.1 耗电情况对比

工频状态下，在泵排量降低的情况下，电动机仍以额定功率输出，经常出现“大功率，轻载荷”的现象[9]，造成电量消耗较大。注入站变频改造后，根据实际排量大小输出电动机功率，降低了注聚泵的能耗。安装变频器后，平均每台泵的日耗电量由348.4 kWh下降到240.9 kWh，能耗下降了30.9%（表1），有效的节约了用电成本。

表1 变频改造前后单泵能耗统计

2.2 注聚单井方案执行情况对比

注入站改造前，泵的排量范围仅能满足站内30口井的地质方案要求，改造后，变频调速通过输入频率的变化对注聚泵的排量进行调节，调节后，泵的排量范围由0.56～2.00 m3/h扩大到0.17～1.60 m3/h，流量下限由0.56 m3/h下调到0.17 m3/h，使18口配注母液量较低的注入井满足了地质方案设计要求，地质方案符合率由62.5%提高到100%（表2）。同时电动机转速平稳调节流量，减少了调节阀门的频繁开启次数，降低了自动停泵次数，减少了劳动强度。

表2 注聚站改造前后单井方案执行情况统计

通过应用变频调速技术，平均每台注聚泵日节约用电107.5 k Wh，8台注聚泵日节约用电860 k Wh，年节约用电31.39×104k Wh，年节约成本费用20.03万元。

3 结语

变频调速技术通过频率调节，扩大了注聚泵的排量范围，地质方案符合率由62.5%提高到100%，满足了油田开发的需求。实现了设备平稳开启，降低了自动停泵次数，提高了劳动效率。

变频调速技术应用后，电动机功率输出与流量输出有效匹配，避免了工频状态下保持额定功率输出的状况，降低了能耗，系统运行以来，设备运行平稳，年节约资金20.03万元，达到了节能降耗的目的。

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[6]杨有为，刘岚昊，吴丽颖.注聚站注水流量调节装置的节能应用分析[J].石油石化节能，2014（11）：29-30.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.005

2017-03-20

（编辑 庄景春）

孔维海，高级工程师，2001年毕业于江汉石油学院（机械电子工程专业），从事自控系统维护与技术工作，E-mail：9263761@qq.com，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第三采油厂规划设计研究所，163113。