提高注水泵运行效率的精细调控方法

梁振辉（大庆油田有限责任公司第六采油厂）

“十三五”以来喇嘛甸油田注水耗电逐年上升，截止2019 年底，全厂共建有注水站25 座，配水间86 座，注入站58座，注水井4 480口，各类注水干线363 km；注水站共安装高压注水机组85 套，总注水能力为45.29×104m3/d，实际运行机组 44 套，平均注水量为34.47×104m3/d，平均负荷率为76.11%。注水系统年耗电7.14×108kWh ，年运行注水泵15 838 台次，日均运行注水泵43.50 台次，注水系统平均泵水单耗5.90 kWh/m3，泵出口压力16.16 MPa，泵管压差0.76 MPa。

1 存在问题及治理措施

1.1 存在问题

GB/T 31453—2015 油田生产系统节能监测规范，规定了各种额定排量泵型的效率评价指标，例如额定排量为400 m3/h 的泵，泵效达到78%及以上，高于节能评价值，该泵就处在高效区运行；泵效在72%～78%，该泵就处于合理区运行；泵效低于72%，该泵就处于低效区运行。注水泵泵效评价指标见表1。

统计分析2019 年全厂85 台高压注水泵共启泵运行15 838台次，其中高于泵效节能评价值（高效区）运转的为3 949 台次，仅占全年运行总天数的24.93%，其它在运时间均处于非高效区运行，全厂注水系统机组整体平均运行效率低，增加了注水系统的能源消耗，2019年全厂注水泵运行状态统计汇总见表2。

表2 2019年全厂注水泵运行状态统计汇总

1.2 原因分析

1）泵体本身有问题。由于长期运行，泵内的叶轮、导叶、口环等易损件与泵体摩擦，出现缝隙，造成水量漏失，影响了机组效率。

2）运行工况存在问题。由于注水泵的运行参数不合理，造成注水泵处于非高效区运行，工作人员通常是在注水泵启泵待电流、压力稳定后便不再对泵的运行参数进行调节（因没有调控依据），管理方式比较粗犷，保证注水泵平稳、安全运行即可，经统计共有47 台泵由于运行参数不合理而处于非高效区运行[1-2]。

表1 注水泵泵效评价指标

1.3 治理措施

1）针对泵体本身造成效率低的机组，拟通过实施低效注水泵更换或机组三保大修，更换注水泵内部叶轮、口环等磨损件，来提高机组机械性能[3]。

2）针对由运行工况问题引起效率低的机组计划通过实施注水泵运行参数精细调控措施，使注水机组进入或接近于高效区运行，达到低耗高效运转的目的。

2 精细调控方法的实施

2.1 精细调控方法简介

特性曲线能直观反映机组运行的合理性，每台注水泵出厂时都有固定的特性曲线，但随着运行工况的改变，特性曲线会发生变化，高效运行区间也随之发生了偏移，注水泵运行特性曲线见图1。

图1 注水泵运行特性曲线

通过重新绘制注水泵在当前工况下的特性曲线，确定其高效运行区间对应各项数据参数，以此为依据，对注水泵实施精细调控，使其处于或接近于高效运行区域，从而达到降低了注水泵耗电的目的[4-5]。

2.2 特性曲线的绘制

绘制注水泵特性曲线的普遍方法：从机组启泵到平稳运行过程中录取8～10 个数据点，将采集到的数据信息通过计算后绘制出完整的特性曲线[6]。但是现场试验过程中发现存在以下问题：一是运行机组停泵后如要再次启动，为保护泵体需要有近2 h 的缓冲时间，停泵会对生产造成影响；二是机组从启泵到平稳运行时间很短，数据参数信息变化较快且不稳定，采集数据时间不够，无法精准采集数据[7-8]。

通过分析将特性曲线的前半部分称为非有效区，因为在该区域内注水机组运行参数不稳定，易造成泵体损坏，机组无法长时间运行，因此这部分的特性曲线对机组运行的调控无指导意义；特性曲线后半部分机组可平稳运行的有效区域才是运行机组的可调控区间，注水泵运行特性曲线区域分布见图2。

图2 注水泵运行特性曲线区域分布

机组运行过程中，在有效区域内对机组参数进行调整，采集对应的电流、出口压力数据，通过计算绘制出机组在该区域内的部分特性曲线，即可完成对注水机组运行参数的调控，实现了不停泵测试特性曲线[9-10]。

2.3 现场应用

喇五注2#注水泵精细调控现场试验：喇五注水站共有注水泵3 台，运1 备2，来水水质为普通水，来水压力0.04 MPa，管网压力14.5 MPa，试验选取的2#注水泵额定排量300 m3/h，调控前瞬时流量368 m3/h，运行电流217 A，泵效为77.71%，根据注水泵指标规范，该泵处于高效区运行。

对喇五注2#注水注水泵进行现场测试，测试数据见表3。依据测试数据重新绘制了机组在当前工况下的特性曲线图，喇五注水站2#泵特性曲线见图3。

以特性曲线为依据对机组实施运行参数精细调控， 措施后2#机组的泵效由77.71%提高到80.66%，机组运行状态更临近高效区运行的最佳工况点，泵水单耗下降0.14 kWh/m3。

表3 喇五注2#注水泵测试数据

图3 喇五注水站2#泵特性曲线图

2.4 结果分析

2019 年共对18 台注水泵实施了精细调控措施，各机组运行效率均有不同程度提高，18台机组泵水单耗平均下降0.102 kWh/m3。个别机组调控效果不明显（单耗下降小于0.05 kWh/m3），分析原因为：一是机组调控前已经处于高效运行区，提升空间较小；二是注水站同时启泵2 台，存在争水现象导致水量不足；三是注水管网压力高，影响了机组调控效果。注水泵调控前后效果统计见表4。

通过实验结果得知，调控后18 台注水机组的泵水单耗平均下降0.102 kWh/m3，单台机组平均月度节电在2.3×104kWh 左右，电价按0.632 元/kWh计算，单台机组每月经济效益为1.5 万元，18 台机组实施精细调控措施的年经济效益预计为300万元，节电效果明显。

同时依据调控前后效果对比分析，总结出适合应用精细调控方法的注水机组条件：

1）因三保大修后特性曲线会发生变化，机组运行时间临近三保时间的注水机组不适合测试（暂定8 000 h）。

2）管网压力直接影响特性曲线测试及调控效果，依据经验暂定管网压力高于15.5 MPa的不适合测试。

3）机组供水量不足影响注水泵最高测试点的采集，因此最好选择供水量充足的注水站（单泵运行的注水站）。

表4 注水泵调控前后效果统计

3 结论

1）通过现场试验验证，应用注水泵合理运行精细调控方法对注水泵运行参数进行精细调控，对实现注水泵提高运行效率、降低泵水单耗的目标切实有效。

2）通过对注水机组特性曲线分析得知，在有效区域内采集对应数据信息绘制出的部分特性曲线才会对机组运行参数进行调整具有指导意义，改进了特性曲线测试方法，实现不停泵测试特性曲线。

3）通过注水泵特性曲线测试绘制出单台注水机组在当前工况下的注水泵精细调控图版，现场工作人员可在保证生产和安全的前提下依据图版的调控意见，对注水机组的运行参数实施精细调控。