变频器在油田高压注水泵的节能应用

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摘要：高压注水泵油田开发保持高产稳产的重要装备，对油田企业的经济效益具有较大的影响。为此，本文在介绍高压注水泵工作原理及变频节能原理的基础上，重点探讨了变频器在油田高压注水泵中的节能应用，并总结了变频器的使用效果，以供类似研究参考。

关键词：变频器；油田；注水泵；节能应用

随着社会经济建设的快速发展，我国油田建设规模不断扩大，如何获得更好的经济效益也成为油田企业面临的难题之一。高压注水泵作为油田建设过程中的重要设备，是油田开发后期提高原油采收率的重要举措，但高压注水泵在注水过程中采取人工调节出口和回流闸门的方式，容易导致电动机长期处于高耗能的状态，且人工操作及维修工作量大，已不能满足个别采油区块的应用。目前，变频技术逐渐向着电压更高、功率更大和性能更为优越的方向发展，采用变频调节装置对油田高压注水泵用电动机进行变速调节，可以有效提高注水泵设备注水效率，以达到节能降耗的目的。本文着重阐述了变频器在油田高压注水泵中的应用，希望对提高油田经济效益有所帮助。

1工程概述

某油田井区有10座计量站109口油水井，其中油井85口，水井24口，是一个中深、低渗透砂岩油岩。由于油层渗透率低，油水井间的连通性差造成部分注水井在系统压力下（15～16MPa）的注水量满足不了地质配注要求，为此油田开展地面二级增压措施达到增注要求，目前油田有7座计量站安装增压设备，增注水井数18口，占总井数75%。增设变频器主要有以下三点原因：

（1）由于低渗透断块油田注水配注水量在不断变化，而柱塞泵的排液量恒定，造成柱塞泵的排量与变化中的配注量很难合理匹配，所以采用打回流的方式进行调节，这样就使得站内水质变差并造成电能浪费，从而降低了注水系统效率；

（2）柱塞泵的排量与电源电流频率成正比，柱塞泵采用变频调速时，可随注水参数的变化，进行无级调节，达到节电的目的；

（3）设备机械磨损大，噪声分贝增加，工人现场操作频繁，造成柱塞泵大修周期缩短。

2高压增注泵工作原理及变频节能原理

2.1高压增汽泵结构

油田采用高压泵厂产的ZY系列增注泵，全称为卧式三柱塞单作用液力平衡式高压往复柱塞泵，其结构主要由动力端、液力端、传动部分、电器部分组成，目前油田使用2种规格增注泵，其技术参数如表1所示。

2.2工作原理

电动机通过传动部分带动曲轴转动，曲轴带动连杆、柱塞做往复运动，往复一次即完成吸入与排出过程；与此同时高压水通过压力平衡管进入和排出平衡腔达到平衡作用，增压泵工作时，进出口压力符合设计要求，则处于理想状态；如果进出口压力达不到设计要求，则需调整，使其达到80%以上平衡要求，以保证增压泵正常运转；由于增注泵采用三柱塞式往复结构，往复行程相位差接近120度，其效率可达80%～82%左右，所以电动机运转速度越高，排量越大；反之可知，柱塞泵的排量与电源电流、频率成正比。

2.3电动机特性及变频器智能节能原理

根据异步电动机的工作原理n=60f（1-S）/p可知，电动机的转速与电源的频率成正比例关系。

变频智能控制系统是一项集现代先进电力、电子技术和计算机技术于一体的高效技术，它首先将交流电转换成直流电，再通过逆变器转换成频率和电压可变化的交流电。结合电机特性分析可知：均匀改变电机供电频率f，就可以平滑地改变电动机的转速，从而改变柱塞泵的转速。结合柱塞泵的原理，电动机转速降低，柱塞泵往复次数减少，电动机输入功率也随之减少。

柱塞泵往复次数减少，电机的轴功率相应减少，功耗也相应减少，即柱塞泵的排量与电源电流频率成正比，采用变频调速时，可随注水参数的变化进行无级调节，达到节电的目的。

3变频控制系统组成

变频器选用华为TD2000通用型系列产品，其功率为22kW和30kW两种，系统由华为TD2000通用型变频器、鼠笼式异步电动机、耐震电接点压力表等组成，可以通过变频器功能板进行参数上下限设定。

4 TD2000变频器使用效益分析

北16井区共计增注泵7台，总电机功率为170kW，其中5台22kW电机，2台30kW电机；增压注水井18口，日注水465m3，占全区块注水量62%，从2008年7月装变频器至今使用良好，运行可靠。对于控制1口增注井的增注泵，水量调节可直接采用变频调节，并关闭所有增注系统回流闸门，频率和流量可实现无级调节；对于控制2口以上增注井的增注泵，水量调节采用变频调节后，通过调整单井管汇下流闸门来调节水量大小。

4.1投入前后的测试数据（见表2、表3）

从测试数据来看，采用TD2000变频器以后，单台节电45%左右，年节约用电28.18万kWh，按电价0.6元/kWh，则年节约用电16.9万元，投资回报周期为15个月，计算如下：变频器每台2.5万元，小计17.5万元，安装调试费小计3.5万元，合计21万元；则投资回报周期15个月。

5结论

通过探讨变频器在油田高压注水泵的节能应用，笔者得出了以下几点结论：①在使用变频器后，电动机可节电45%左右，系统电流下降40%，可减少配电装置容量；在油田中期注水可节约能源在40%以上，对电机小于30kW采用变频器调速节电比较明显；②变频器的使用有效降低了系统频率，设备机械磨损减少，大大降低了电动机的维修量；③变频器在油田注水泵中的节能效果明显，建议在电机调速系统中推广应用。

参考文献：

[1]毕尉平.变频器在油田注水泵上的节能应用[J].石油工程建设.2007年第04期

[2]尹彭飞.高压变频器在油田注水泵上的应用[J].电气应用.2006年第06期