油田注水系统能耗分析及节能增效措施研究

（大庆油田有限责任公司第六采油厂，黑龙江 大庆 163114）

摘 要：针对近年来油田区块开发力度的加大，注水系统能耗日益升高的现状，为有效降低注水系统能耗，本文基于某注水站运行现状，介绍了注水工艺，分析了注水能耗，提出了科学合理调整注水泵轴瓦抬量以及轴窜量，绘制注水泵特性曲线并依据特性曲线合理控制注水流量，装设空气换热冷却装置等措施来有效降低油田注水系统能耗的措施，通过综合应用上述措施，注水系统注水能耗显著降低，进一步促进了企业的节能增效。

关键词：注水站；能耗现状；节能增效；措施；效果

前言

在油田系统中非常主要的系统是注水开发系统，其系统包括多个部分，各个组成部分都不可分割，整体的注水开发进程里，该系统拥有非常关键的地位。为了提高质量增强效益某油田选取了分压注水、避峰填谷的方法来使能量消耗下降。此外，为了进行优化某油田建议在停运区里注水站和污水站连接高压低压注水管网的方法并且注水站和污水站数量均是1个。

1 工程概况

自从某注水站投入生产至今，一直坚持外输水，坚持驱井排，三元井排从2007年开始使用，现在注水站有5台注水泵，运行2台备用3台，使用外输水的驱三元井排，一天的耗电量、注水量、单耗量分别是86509 kWh,14967m³，5.72 kWh/m³。注水泵的平均泵效是76%。在录取电动机的温度时得知，其温度比较高，就造成多次更换冷却水，用水量增加到833m³/d。经录取显示，用电量、注水单耗会随着其轴功率的上升而上升，单耗最高是5.72kWh/m³。

2 油田注水系统

由于不断发展的科技，在改进之后，就会有污水处理系统、注水管网联网等改进好设备形成于地面的注水系统中，使油田开发所需要的条件都能满足。  

2. 1 简述工艺

图1就是注水站流程工艺图。注水罐的水来自三元污水和深度污水，罐中的全部污水会被注水泵给输送到三元区井排和水驱中，而且注水电机、轴瓦会被冷却系统与润滑油来进行冷却、润滑。

2. 2 生产

随着油田的不断开发，接下来出现的问题是注釆失衡逐渐加重。注水站所用能耗逐渐提高，泵水平均单耗大约5.72 kWh/m上下，对当下油田整个状况单耗太高需想办法解决，面对这些问题为了把注水系统的能耗降下来提出了三项方法措施。

3  注水系统的节能方法探析

3. 1 注水泵的抬量和轴窜量的优化与调节

注水泵定子中的转子与定子对中要较好，不然将会有磨擦产生导致泵发生振动。该振动较小，可是泵效很快降低；所以在对泵进行组装的时候，一定根据标准来调整定子和转子的对中，调整转子抬量，并调整至做好的位置，而且盘车是十分灵活的。其抬量和窜量是注水泵正在运行期间，泵轴在进行径向移动所产生的距离与泵轴反复的轴向运行所产生的冲程。

3.1.1 测量轴瓦抬量

百分表会用于下轴瓦、上轴瓦的测量，总抬量就是所测量出来的值。百分表会用于测量轴径的想为移动，上抬量就是所测量出来的值。

3.1.2 测量轴窜量

在高压离心泵工作时，在导叶和叶轮它们的中心刚好对准的时候，水泵处于最佳运行状态，效率高、损失小。在总窜量进行测量时需卸下平衡盘，安上轴套，选取游标卡尺测量对轴轴向位移；重新安上平衡盘，重新测量，其结果为工作窜量。

3.1.3 调节抬量和窜量的标准和方法

轴瓦抬量:总抬量中的一半在减去0.05mm就是上抬量；轴窜量:总窜量的一般在减去0.5mm就是工作窜量。轴瓦与瓦架是由顶丝的松紧来控制其上升或下降，即为抬量，把平衡盘磨削和加垫片调节窜量的大小。

3.1.4 现场实际试验

根据上面的操作手法，针对现在正在工作中的1^＃注水泵实施现场试验，实验结果如下：顶丝如果上调0.25mm ,那么平衡盘则加垫片0.4mm。  

关于录取与比较调节之前的10天与之后的10天的所有数据，会得知，电动机的温度、单耗的平均值会有所下降，分别是4℃、0.25 kWh/m³,可泵效的平均会增高3.1%。   

3.1.5 摸索抬量的调节周期

根据注水泵全年所有运行数据的总结分析可知，在年初进行调节以后，泵效比较平稳的月份是2～11月，在11月之后，其泵效就下降了，因此设9个月为调节周期。

3. 2 画注水泵的特性曲线图，找寻最佳的排量

3. 2. 1 记录注水泵的基本参数

用H-Q代表离心泵的特征曲线。一是改变其管路，二是改变其特征，才能控制其流量。泵的转速与其排出口阀门会调节管路与泵的特征曲线。把工作的泵并联起来，就会增大流量，导致增大的原因是管路工作点有变化产生，并且是其工作点管路所具有的特征。在对泵进行调速的过程中，由于转速发生变化，而导致工作效率和流量的关系与水泵的扬程和流量的关系发生改变。录入注水泵最基本信息，并且次数是8次，注水泵是1^＃注水泵，表1就是其注水泵的基础信息表。    

              表1 注水泵基础信息表

汇总所录入的数据，比如其泵压、流量、电流、电压等，经过下面2个公式，来把泵效与出轴功率计算出来，而且还把图2绘制出来，而且图2就是其特性曲线，从图2中得知，1^#注水泵的流量在何时最佳；与此同时，注水泵由于采取了次方法，所以把其最好的工作点的流量与泵效计算出来，并且注水泵的数量是5台，如表2所示。    

在公式内：注水泵的电动机电压、电动机电流、轴功率、轴功率、有用功率及效率分别用U_、I_、N_输出、N_轴、N^{有、η泵，}其对应的单位是V、A、kW、kW、kW、%。         

图2  1^＃注水泵特性曲线图

             表2   注水泵最佳工作点泵效与流量情况表

3. 2. 2 现场实际试验

试验4^＃注水泵，并且4^＃注水泵是运行着的，在对注水泵中的有关数据进行录取所间隔的时间是2小时。在数据有变化发生时，首先曲线会把最好排量找出来，继而调节泵的出口，一直调节到排量最好，然后在对本日的单耗计算出来，并和前一日进行比较。单耗、耗电量会平均降低0.12 kWh/m³、1289kWh，1年就能把成本节约大概110万元左右。

3. 3 空气换热冷却装置的安装，冷却水所使用的量降低

针对油田投资而言，其中最关键的一个步骤就是油田注水系统，该系统会把注水管理加强、会把注水设备所对应的效率提高，使生产成本大幅度下降。较差的冷却效果，就会增加需要冷却水的量，就会增加冷却水泵相应的负荷，就会升高电动机的温度，对运行的安全性产生影响。

3. 3. 1 冷却水的使用量

清水强制冷却法被使用到之前的注水泵的电动机中。清水在一天所更换的次数是3到4次，在冬季与夏季，1天的用水量分别是500m³ 、700m³，乃至在炎热时，1天的用水量大概是800m³。冷却电动机可以由更换自然中的空气来实现这是该装置研制的主要目的，进而使其用水量降低，把职员的劳动强度降低。  

3. 3. 2 基本的工作原理

把通风装置安装到电动机的表壳中，并且通风装置的规格是360mm x 290mm x50mm，数量是1个，有过滤灰层的网存在于其中，并且层数是2层-3层，可以通风电动机，使节约水、降低温度、换热的目的实现。

3.3.3 比较效果

在改造之后，使用的这2年的状况得知，平均1天的用水量小于300m³，而且冬季的用水量小于200m³，乃至比200m³还要小好多。换水的次数也有所下降，1天只要更换1此就可以了，该革新，把冷却水使用量降低了，1年就能结约大概16.2 x 10⁴m³左右，而且有利于控制电动机的温度，提高了经济效益。    

4 结束语

1）经过探究注水站的实际措施，对注水站中的注水泵的总窜量与总抬量进行了确定，分别是7mm、0.65mm。 

2）关于注水系统有比较高的能耗问题，经过对对窜量与抬量进行调整、对注水泵所具有的最佳排量进行摸索，来降低本站的能耗，并且单耗从之前的5.72kWh/m³一直下降到5.35 kWh/m³;与此同时，也把正在使用的机泵的寿命延长了，1年所节约的成本大概在110万元左右。   

3）空气换热冷却装置的研发，1年冷水却的用量就会下降16.2x 10⁴m³。

参考文献：

[1] 吴泽美；马伟娜；刘万斗；赵玉政；左婧；李明；郭君更.油田注水系统腐蚀率在线监测技术的应用[J].石油石化节能. 2021,11(12)：36-38.

[2] 石通.油田注水系统节能降耗途径探讨[J].化学工程与装备. 2020,(12)：69-71.

[3] 高蕊；霍夙彦.高含水油田注水系统节能改造对策及分析[J].石油石化节能. 2019,9(06)：93-95.

作者简介：曲心慧（1987-），女，汉族，山东龙口市人，2014年毕业于吉林大学研究生文学院新闻与传播专业，研究生学历，硕士学位；研究方向：油田注水。

　　来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972   2022年第12期   在线投稿  >>