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摘要：注水泵在油田耗电设备中其耗电量所占比重较大，具有较大节能潜力。本文通过对注水泵能耗、影响泵效的因素进行分析，通过采取对应措施，减少注水系统耗能，提高注水泵效率，达到有效降低运行成本的目的。
关键词：电耗;注水泵;效率
1 注水泵站能耗基本概况
注水开发是油田开发最经济、最有效的开发方式之一。注水可以有效地补充地层能量，在提高原油采收率，确保油田高产，稳产中起到了非常重要的作用。然而，注水系统的耗电量是巨大的，约占原油集输生产用电的80%以上，而且随着油田综合含水量的上升，油田注水量的增加，注水能耗逐步上升。目前油田注水泵存在耗能较高的问题，经长期运行后，受输送介质、机械磨损及设备维修等因素的影响，注水泵效率日趋下降，将导致注水泵的性能下降，效率降低，所耗电能升高。注水站是油气集输耗电的大头，如果采取适合的方法，做出成效，会转变成节能降耗、挖潜增效的大户。
2 电耗分析
采油二厂注输联合一站下辖原油站、污水站、三采站、注水泵站，2019年电费实际发生3797.32万元，见表1。注水泵站近年耗电情况见图1。
由表1可见注水泵站占整个原油集输系统电耗的80%以上。而这部分电耗几乎都产生在高压柱塞泵、离心泵及低压柱塞泵的用电上。
从图1可见自2017年到2019年随注水量的增加，注水泵站年耗电量在逐步上升中。
3 影响因素
随着油田综合含水量的上升，油田注水量逐年增加，注水能耗也在不断上升中。油田注水泵存在耗能较高的问题，主要是由于注水泵长期运行、机泵组件老化，并受输送介质、机械磨损及设备维修的影响，导致泵的性能下降，效率降低，能耗升高。
目前注输联合一站注水泵大多使用年限都在20年以上，设备故障频发，能耗较高。2019年9月，在802泵站新安装了2台DF280-160*11型高压离心泵，在使用第一个月，泵效能在83%以上。从10月份起DF280-160*11型高压离心泵因水质矿化度高，造成平衡管、平衡盘、平衡盖结垢严重，平衡水道堵塞，引起平衡管压力高，泵体发烫，盘根憋压刺漏，泵效急剧下降，注水单耗升高，设备无法正常运行。2019年802注水泵站运行情况见表2。
旧泵、新泵在水质矿化度高的情况下，均存在泵效降低、能耗升高的问题，所以改造低效泵、合理优化是降低电能消耗的方法与途径。
4 注水设备节能措施
4.1 高压离心泵平衡机构改造
针对注水泵站水质矿化度升高出现的问题，提出对高压离心泵内部构造及配件进行改造方案，目的为延长泵内结垢周期，提高泵效。改造内容包括（1）通过增大高压离心泵平衡回水管及尾端直径，延长结垢对平衡管压力升高的影响周期;（2）将原平衡结构的减压部分端盖去除，改为直通，降低平衡盘结垢;（3）加大高压出水端平衡室，增大出液量;（4）由于内部机构的改进，对泵轴开展相应改进。2019年12月将802泵站1#泵实施技改，以适应水质要求。
改造后的注水泵效果：维修周期由10-15天进行一次维修，延长到3个月一检查，5个月一保养;期间耗电量下降耗电量34.81×104kWh，设备故障率下降92%，达到了高效节能、运转平稳安全、维修故障率降低的效果。
取得效果后，先后又将在用的3台DF280-160*11、1台DF250-150*11型高压离心泵进行技术改造，通过技改降低了注水泵故障率，减少故障停机、减小了维修工作量、节约了维修、配件费用。2020年全年对比2019年耗电量下降180.176×104kWh，节约电费：65.84万元，节省维修费用：19万元，节约配件费用：34萬元。
4.2多级离心泵减级运行
针对部分注水区块因地质动态、井况等因素影响注水量下降，原高压离心泵设计泵额定扬程过大、电耗高的问题，开展了多级泵减级运行试验。在702、801泵站将DFW280-160*11型泵拆去一级或二级叶轮，分别将4台高压离心泵改成9级、10级泵，通过改变高压离心泵的特性曲线，降低了泵的扬程、流量，从而减少了电能的消耗。
4.3高压柱塞泵更换节能泵头
针对油田注水量需求低区块，在用的高压柱塞泵因打回流低频运行，存在单耗较高的问题，开展节能泵头应用。在702注水泵站的低压柱塞泵上，将2#柱塞泵换成了节能泵头。注水压力由原10Mpa，理论排量55.5m?/h，改成了注水压力12Mpa，理论排量30m?/h，解决了低压泵满足不了生产需求、泵效低能耗高问题。
4.4应用变频软启动
注水泵配用电机启动电流等于4～7倍额定电流，这不但要求电网容量高，而且启动时会对设备和电网造成较大的冲击，影响使用寿命。使用变频装置后，利用变频器的软启动功能使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备使用寿命，并可根据注入压力、流量合理调节频率，降低电耗。
4.5降低管路阻力
流体经过管路与闸门时会造成能量的损失，因此降低管路的阻力也是注水泵运行节电的一个重要方面。降低管路阻力的方法有：
（1）及时更换启闭不严阀门;
（2）优化、改良阻耗大的工艺管网。
（3）定期清洗管路、水罐，清除机泵内水垢和管网杂物。
5 结论
在油田注水生产中，根据实际注水工艺要求和具体情况，有针对性的合理选择节能途径，注输联合一站注水泵站实施节能措施后，注水泵效提升了4.6%，注水泵配用电机年耗电下降了180.17×104kWh，实现集输系统年节电4.21%的成效。平衡机构改造、多级泵减级运行、更换节能泵头、应用变频软启动、降低管路阻力等措施对于油田注水泵站节能降耗、提升经济效具有积极的指导意义。
关键词：电耗;注水泵;效率
1 注水泵站能耗基本概况
注水开发是油田开发最经济、最有效的开发方式之一。注水可以有效地补充地层能量，在提高原油采收率，确保油田高产，稳产中起到了非常重要的作用。然而，注水系统的耗电量是巨大的，约占原油集输生产用电的80%以上，而且随着油田综合含水量的上升，油田注水量的增加，注水能耗逐步上升。目前油田注水泵存在耗能较高的问题，经长期运行后，受输送介质、机械磨损及设备维修等因素的影响，注水泵效率日趋下降，将导致注水泵的性能下降，效率降低，所耗电能升高。注水站是油气集输耗电的大头，如果采取适合的方法，做出成效，会转变成节能降耗、挖潜增效的大户。
2 电耗分析
采油二厂注输联合一站下辖原油站、污水站、三采站、注水泵站，2019年电费实际发生3797.32万元，见表1。注水泵站近年耗电情况见图1。
由表1可见注水泵站占整个原油集输系统电耗的80%以上。而这部分电耗几乎都产生在高压柱塞泵、离心泵及低压柱塞泵的用电上。
从图1可见自2017年到2019年随注水量的增加，注水泵站年耗电量在逐步上升中。
3 影响因素
随着油田综合含水量的上升，油田注水量逐年增加，注水能耗也在不断上升中。油田注水泵存在耗能较高的问题，主要是由于注水泵长期运行、机泵组件老化，并受输送介质、机械磨损及设备维修的影响，导致泵的性能下降，效率降低，能耗升高。
目前注输联合一站注水泵大多使用年限都在20年以上，设备故障频发，能耗较高。2019年9月，在802泵站新安装了2台DF280-160*11型高压离心泵，在使用第一个月，泵效能在83%以上。从10月份起DF280-160*11型高压离心泵因水质矿化度高，造成平衡管、平衡盘、平衡盖结垢严重，平衡水道堵塞，引起平衡管压力高，泵体发烫，盘根憋压刺漏，泵效急剧下降，注水单耗升高，设备无法正常运行。2019年802注水泵站运行情况见表2。
旧泵、新泵在水质矿化度高的情况下，均存在泵效降低、能耗升高的问题，所以改造低效泵、合理优化是降低电能消耗的方法与途径。
4 注水设备节能措施
4.1 高压离心泵平衡机构改造
针对注水泵站水质矿化度升高出现的问题，提出对高压离心泵内部构造及配件进行改造方案，目的为延长泵内结垢周期，提高泵效。改造内容包括（1）通过增大高压离心泵平衡回水管及尾端直径，延长结垢对平衡管压力升高的影响周期;（2）将原平衡结构的减压部分端盖去除，改为直通，降低平衡盘结垢;（3）加大高压出水端平衡室，增大出液量;（4）由于内部机构的改进，对泵轴开展相应改进。2019年12月将802泵站1#泵实施技改，以适应水质要求。
改造后的注水泵效果：维修周期由10-15天进行一次维修，延长到3个月一检查，5个月一保养;期间耗电量下降耗电量34.81×104kWh，设备故障率下降92%，达到了高效节能、运转平稳安全、维修故障率降低的效果。
取得效果后，先后又将在用的3台DF280-160*11、1台DF250-150*11型高压离心泵进行技术改造，通过技改降低了注水泵故障率，减少故障停机、减小了维修工作量、节约了维修、配件费用。2020年全年对比2019年耗电量下降180.176×104kWh，节约电费：65.84万元，节省维修费用：19万元，节约配件费用：34萬元。
4.2多级离心泵减级运行
针对部分注水区块因地质动态、井况等因素影响注水量下降，原高压离心泵设计泵额定扬程过大、电耗高的问题，开展了多级泵减级运行试验。在702、801泵站将DFW280-160*11型泵拆去一级或二级叶轮，分别将4台高压离心泵改成9级、10级泵，通过改变高压离心泵的特性曲线，降低了泵的扬程、流量，从而减少了电能的消耗。
4.3高压柱塞泵更换节能泵头
针对油田注水量需求低区块，在用的高压柱塞泵因打回流低频运行，存在单耗较高的问题，开展节能泵头应用。在702注水泵站的低压柱塞泵上，将2#柱塞泵换成了节能泵头。注水压力由原10Mpa，理论排量55.5m?/h，改成了注水压力12Mpa，理论排量30m?/h，解决了低压泵满足不了生产需求、泵效低能耗高问题。
4.4应用变频软启动
注水泵配用电机启动电流等于4～7倍额定电流，这不但要求电网容量高，而且启动时会对设备和电网造成较大的冲击，影响使用寿命。使用变频装置后，利用变频器的软启动功能使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备使用寿命，并可根据注入压力、流量合理调节频率，降低电耗。
4.5降低管路阻力
流体经过管路与闸门时会造成能量的损失，因此降低管路的阻力也是注水泵运行节电的一个重要方面。降低管路阻力的方法有：
（1）及时更换启闭不严阀门;
（2）优化、改良阻耗大的工艺管网。
（3）定期清洗管路、水罐，清除机泵内水垢和管网杂物。
5 结论
在油田注水生产中，根据实际注水工艺要求和具体情况，有针对性的合理选择节能途径，注输联合一站注水泵站实施节能措施后，注水泵效提升了4.6%，注水泵配用电机年耗电下降了180.17×104kWh，实现集输系统年节电4.21%的成效。平衡机构改造、多级泵减级运行、更换节能泵头、应用变频软启动、降低管路阻力等措施对于油田注水泵站节能降耗、提升经济效具有积极的指导意义。