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摘 要：注水在油田生产中广泛应用，油田注水开发是国陆地油田开发的一种重要方式，但油田注水系统的耗能也相对很大，随着油田综合含水率的上升，注水能耗还将急剧上升，因此，开发油田注水系统节能技术是当前工作的重点。本文结合沈三联生产实际，简单对注水系统提出几点建议，即可以降低了站内的能耗，也能减少了安全隐患。
关键词：节能降耗 高低压分注 变频
1 注水系统模型及能耗分析
（1）注水系统模型
（2）能耗分析
根据能量守恒定律可得：W0 = D1 + D2 + D3 + W3 = ？D + W1
式中，W0—注水系统的能耗，D1—电机损失，D2—机泵损失，D1—节流损失，W1—管网摩擦及注入井口最终能耗， W1取决于涉及管路，基本不能改变，因此只有想办法改变D1、D2、D3。
根据国内油田的调查，对注水系统的能损可作如下分析：
（1）D1在整个能量损失中占5%—10%，其大小主要取决于电机自身的无用功消耗，与电机效率成反比，对同一注水系统而言，与设计的机型和用户的维护有很大关系；
（2）D2在整个能量损失中权重最大，约60%—70%，其损失量主要由机械摩擦、容积漏损构成，并且与水泵效率成反比；
（3）D3为整个能量损失的15%—20%，主要由泵出口阀的节流损失组成，主要由泵的排量和压力与实际所需不匹配造成；
综上所述，要降低注水能耗，必须从这几个方面入手，比例越大、挖潜空间越大。
2 节能措施分析
2.1 合理匹配电机型号
选择电机应该与注水泵合理匹配，避免大马拉小车.电机出力不足，无功功率损失大.因此，在选择电机功率时，应根据实际所需功率选择。泵功率有如下公式：
Q是水泵的排量，H是水泵的杨程， 是液体的密度，g是重力加速度， 是泵的效率。
对于沈三联高压注水泵，它的排量为140m3/h，H为2080m，效率为80%，密度为0.85*103kg/ m3，计算出泵功率P=（140×0.85*103×10×2080）÷（3600×80%）=860kw，根据设备的管理规定，注水电机的功率应是注水泵功率的1.2-1.4倍，取1.2倍，计算可知所需电机功率为1050kw，目前使用电机功率为1250kw，只起运一台离心泵，这样每小时可以节省200kw.h电。
同理，再对两种型号的电泵进行计算，得出20/1650型号的电泵可以选择120kw电机，25/2000型号的电泵可以选择150kw的电机，这样相比原来，每小时分别可以节省40kw.h和70kw.h电。
目前沈三联采用一台注水泵及一台电泵长运的方式注水，如果更换电机后，年创效约达150万元，足够采购电机的费用。
2.2高压变频调速，降低注水单耗
常温情况下油田高压注水采用闸板阀们来调节流量和压力。根据工艺要求，不可以长时间小排量运行，否则泵内温度升高会造成气蚀和机件损毁等问题，过去都采用大回流方法降低温升，造成电机做了太多无用功，给联合站带来了严重的能耗损失。现在采用变频器变频调速的方式来满足生产需要，使可以随意地控制高压注水泵流量和压力的变化。沈三联合站采用压力闭环控制注水压力，以注水恒压进行注水，杜绝回流。
沈三联采用工频注水时最高压力可达20Mpa，而使用变频器将压力降到18.5Mpa，压力与转速的平方成正比，（n1/n2）2 = 20/18.5=1.08，转速比n1/n2 = 1.04，而功率与转速的立方成正比，因此得出p1/p2 = 1.043 = 1.125，可以计算出前后功率差值， =1250×（1-1/1.125）= 139kw，年创效约为80万元。
2.3 注水泵减级技术
针对注水泵机组注水能力超出实际注水量较大的机组，采取注水泵拆级改造措施。目前沈三联合站注水岗采用的是DFJ140-160×13型号注水泵，可以将注水泵叶轮数由13级将至12级，减少扬程160m，这样相应的可以降低泵压，泵管压差也可以减少0.3-0.5Mpa，提高泵效，减少了耗能。
2.4高低压分注，提高管网效率
一是根据系统内的不同注水压力等级实施分系统注水，选取一定注水范围内注水井数较多的压力等级作为主要供水压力等级。沈三联合站目前采用高压注水泵和电泵统一压力为高低压井注水，这无疑是增加了无用能耗。调取了2008年和2014年注水数据分析：08年采用3台高压电泵和3台低压电泵分压注水时的单耗明显要比14年采用一台高压离心泵注水时的单耗低，单耗对比图如下：
沈三联日均注水量目前约为3500m3，瞬时量为140m3/h，三台高压电泵和低压电泵排量分别为25和20 m3/h，总和135，基本可以满足需要。而采用高压离心泵每小时最大耗电可达1250kw.h，采用电泵每小时消耗1140kw.h，可以节约110kw.h电，一年可节约96万度电。
二是实施注水管网调整改造，减少管道摩擦阻力损失。针对部分管线的腐蚀严重，承压能力下降，摩擦阻力增大，要及时更换调整，对结垢严重的管线要及时上报酸洗。
3 结论
1、合理选择与注水泵匹配的电机，降低電机损失。
2、采用变频调速技术可以提高系统效率，有效杜绝节流损失，节能降耗效果明显。
3、对注水泵适当减级，降低泵管压差，提高泵效。
4、根据不同压力等级注水井实施分压注水，可以降低能耗。
关键词：节能降耗 高低压分注 变频
1 注水系统模型及能耗分析
（1）注水系统模型
（2）能耗分析
根据能量守恒定律可得：W0 = D1 + D2 + D3 + W3 = ？D + W1
式中，W0—注水系统的能耗，D1—电机损失，D2—机泵损失，D1—节流损失，W1—管网摩擦及注入井口最终能耗， W1取决于涉及管路，基本不能改变，因此只有想办法改变D1、D2、D3。
根据国内油田的调查，对注水系统的能损可作如下分析：
（1）D1在整个能量损失中占5%—10%，其大小主要取决于电机自身的无用功消耗，与电机效率成反比，对同一注水系统而言，与设计的机型和用户的维护有很大关系；
（2）D2在整个能量损失中权重最大，约60%—70%，其损失量主要由机械摩擦、容积漏损构成，并且与水泵效率成反比；
（3）D3为整个能量损失的15%—20%，主要由泵出口阀的节流损失组成，主要由泵的排量和压力与实际所需不匹配造成；
综上所述，要降低注水能耗，必须从这几个方面入手，比例越大、挖潜空间越大。
2 节能措施分析
2.1 合理匹配电机型号
选择电机应该与注水泵合理匹配，避免大马拉小车.电机出力不足，无功功率损失大.因此，在选择电机功率时，应根据实际所需功率选择。泵功率有如下公式：
Q是水泵的排量，H是水泵的杨程， 是液体的密度，g是重力加速度， 是泵的效率。
对于沈三联高压注水泵，它的排量为140m3/h，H为2080m，效率为80%，密度为0.85*103kg/ m3，计算出泵功率P=（140×0.85*103×10×2080）÷（3600×80%）=860kw，根据设备的管理规定，注水电机的功率应是注水泵功率的1.2-1.4倍，取1.2倍，计算可知所需电机功率为1050kw，目前使用电机功率为1250kw，只起运一台离心泵，这样每小时可以节省200kw.h电。
同理，再对两种型号的电泵进行计算，得出20/1650型号的电泵可以选择120kw电机，25/2000型号的电泵可以选择150kw的电机，这样相比原来，每小时分别可以节省40kw.h和70kw.h电。
目前沈三联采用一台注水泵及一台电泵长运的方式注水，如果更换电机后，年创效约达150万元，足够采购电机的费用。
2.2高压变频调速，降低注水单耗
常温情况下油田高压注水采用闸板阀们来调节流量和压力。根据工艺要求，不可以长时间小排量运行，否则泵内温度升高会造成气蚀和机件损毁等问题，过去都采用大回流方法降低温升，造成电机做了太多无用功，给联合站带来了严重的能耗损失。现在采用变频器变频调速的方式来满足生产需要，使可以随意地控制高压注水泵流量和压力的变化。沈三联合站采用压力闭环控制注水压力，以注水恒压进行注水，杜绝回流。
沈三联采用工频注水时最高压力可达20Mpa，而使用变频器将压力降到18.5Mpa，压力与转速的平方成正比，（n1/n2）2 = 20/18.5=1.08，转速比n1/n2 = 1.04，而功率与转速的立方成正比，因此得出p1/p2 = 1.043 = 1.125，可以计算出前后功率差值， =1250×（1-1/1.125）= 139kw，年创效约为80万元。
2.3 注水泵减级技术
针对注水泵机组注水能力超出实际注水量较大的机组，采取注水泵拆级改造措施。目前沈三联合站注水岗采用的是DFJ140-160×13型号注水泵，可以将注水泵叶轮数由13级将至12级，减少扬程160m，这样相应的可以降低泵压，泵管压差也可以减少0.3-0.5Mpa，提高泵效，减少了耗能。
2.4高低压分注，提高管网效率
一是根据系统内的不同注水压力等级实施分系统注水，选取一定注水范围内注水井数较多的压力等级作为主要供水压力等级。沈三联合站目前采用高压注水泵和电泵统一压力为高低压井注水，这无疑是增加了无用能耗。调取了2008年和2014年注水数据分析：08年采用3台高压电泵和3台低压电泵分压注水时的单耗明显要比14年采用一台高压离心泵注水时的单耗低，单耗对比图如下：
沈三联日均注水量目前约为3500m3，瞬时量为140m3/h，三台高压电泵和低压电泵排量分别为25和20 m3/h，总和135，基本可以满足需要。而采用高压离心泵每小时最大耗电可达1250kw.h，采用电泵每小时消耗1140kw.h，可以节约110kw.h电，一年可节约96万度电。
二是实施注水管网调整改造，减少管道摩擦阻力损失。针对部分管线的腐蚀严重，承压能力下降，摩擦阻力增大，要及时更换调整，对结垢严重的管线要及时上报酸洗。
3 结论
1、合理选择与注水泵匹配的电机，降低電机损失。
2、采用变频调速技术可以提高系统效率，有效杜绝节流损失，节能降耗效果明显。
3、对注水泵适当减级，降低泵管压差，提高泵效。
4、根据不同压力等级注水井实施分压注水，可以降低能耗。