顾红根

摘 要：本文首先分析了油田注水系统，然后探讨油田注水泵能量，最后提出油田注水泵节能降耗关键技术，包括泵控泵（PCP）技术、变频控制技术、注水泵涂膜技术，并总结了各个技术和方法的应用效果。研究表明：三种技术都能有效降低注水泵能源消耗。在实际使用过程中，工作人员应该针对实际情况选择合适的节能降耗技术。

关键词：油田;注水泵;节能降耗技术;泵控泵技术;变频控制技术;注水泵涂膜技术

中图分类号：TE934.1文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）16-0050-03

Abstract： This paper first analyzed the oilfield water injection system， then discussed the energy of oilfield water injection pump， and finally put forward the key technologies of energy saving and consumption reduction of oilfield water injection pump， including pump controlled pump （PCP） technology， frequency conversion control technology and water injection pump coating technology， and summarized the application effects of various technologies and methods. The research shows that the three technologies can effectively reduce the energy consumption of water injection pump. In the actual use process， the staff should select the appropriate energy-saving technology according to the actual situation.

Keywords： oil field;water injection pump;energy saving and consumption reduction technology;pump controlled pump technology;frequency conversion control technology;coating technology of water injection pump

在海上油田實际生产过程中，当不同油田的开发周期进行到不同阶段时，注水量也会随之改变。因此，在不同地点和不同周期下，注水量差异较大，会对水管网造成一定的压力。为了调节此类设备的压力，常采用打回流的方式或者调节注水泵出口阀。但是，这两种方法都会耗费大量的电能，并且难以保证机器的最佳运行状态，还可能导致管线和泵体存在安全隐患。由此，本文主要分析油田注水泵节能降耗技术。

1 油田注水系统

油田注水系统包括阀组、注水井、配水间、水站、注水管网等，工艺流程如图1所示。注水系统是通过注水井向开采中的油层注水以补充能量，保持压力，恢复油井液面，并且增大油井的供液量。

配水间的作用是把注水站来水，经分水器总闸门、单井注水上、下流控制闸板阀、水表计量与各单井井网管线连接进行注水。因此，配水间不仅可以统计单个注水井的压力和注水量，而且可以控制压力和注水量，部分配水间甚至还具有洗井等功能。

现代注水泵工艺中，主要使用的注水泵分为往复泵和离心泵两种。其中，往复泵是通过工作腔内元件（活塞、柱塞、隔膜、波纹管等）的往复位移来改变工作腔内容积，从而使被输送流体按确定的流量排出的一种机械。往复泵多被用在压力高和需求注水量少的注水系统中，因为只有各类外置原动机才可以提供其往复位移元件工作中所需要的能量[1]。离心泵分为多级离心泵和单级离心泵，两者之间最显著的区别在于，单级离心泵叶轮数为一级，而多级离心泵叶轮数为二级以上。

2 油田注水泵能量分析

注水系统的能量主要包括三部分，即有效能量、各项损失能量及总输入能量。注水系统的有效能量指当往地下层注水时，作业所需要的能量;各项损失能量由四个部分组成，分别是水管网损失能量、泵机损失能量、回流损失能量及阀组和站内管线的损失能量;总输入能量也由四个部分组成，分别为增压泵电机输入能量、储水罐水位势能、注水泵电机输入能量以及喂水泵电动机输入能量[2]。

从图1可知，海上平台采油工作中，注水系统的主要耗能由四个部分组成：第一部分是当注水系统将水注入地下油层所需的供给能量;第二部分是注水系统中泵机组的电机运转所需的供给能量;第三部分是注水泵运转所需的供给能量;第四部分是管网摩阻损失造成的能量损耗。在这四部分中，第二部分耗能占比约为4%，而目前海上采油平台平均运行效率约为77%。

综上所述，海上采油平台的注水系统需要消耗大量电能。在笔者所在的QK18-1油田和QK17-3油田平台上分别装有装机容量为4 500 kW和3 000 kW的主电站。QK18-1油田的采油平台上的主电站装有3台1 500 kW的发电机组，QK17-3油田设在WHP2平台上的主电站则装有2台1 500 kW的发电机组。虽然油田不同，但是注水系统消耗的电能仍然占据整个油田生产系统的35%左右。在持续工作中，节约电能的要求被重视。因为注水系统需要消耗巨大电能，现代技术在持续更新和发展之下，也陆续出现了许多节约能量的设备和技术。

3 油田注水泵节能降耗关键技术

3.1 泵控泵（PCP）技术

采油平台中出现注水系统耗能过大和注水泵工作效率不理想的主要原因有以下几方面。第一，工作参数误差。注水泵工作参数的误差，会导致管压波动，进而影响注水管网的压力，增加注水泵的工作负荷，注水泵排量降低，使注水泵达到目标排水量需要的时间变长，电能消耗也随之增加。第二，注水管网老化。这类情况多出现在建设时间较长的油田中，因为设备老旧或者磨损严重而影响注水泵的工作效率。第三，流量损失严重。目前，因大部分注水系统缺少回流调节系统，导致难以发现管线被腐蚀造成的问题，一些较为特殊的地理因素也会导致不能及时发现管线渗漏等问题，从而造成注水系统流量损失，工作效率降低。

泵控泵（Pump Control Pump，PCP）技术是降低注水泵电能消耗的主要措施之一，而变频技术和离心泵串联则是此技术的基础。当注水泵超负荷运转时，PCP技术可以降低注水系统负荷量，并增加注水压力，通过调节注水泵和增压调节泵之间的相互作用，实现共同作业的目标。注水泵工作过程中，可能会出现电机过载、流量过大或者干压过高等现象，为了防止此类现象的发生，需要使用增压调节泵来控制，使阀门处于完全打开的状态，以通过调节泵有效地平衡能量和控制压力。若使用憋压的方式，在此过程中，阀门是不能完全被打开的[3]。

3.2 变频控制技术

注水泵电机匹配也会导致电能损耗过大。开采初期，在设计注水系统时，设计的参数远大于实际机泵的额定功率。由于设备成本高，不能随意更换，因此，影响工作效率，导致高耗能问题。注水泵的设备保养和维修情况也会影响其工作效率。因此，为了保障注水泵电机工作效率的同时减小其电能损耗，需要将变频控制技术运用到注水泵电机优化设计中。

在应用变频技术的过程中，需要考虑到油田的实际情况，结合生产需求和地理环境，除压力传感器外，还会应用到变频器、调节器等设备，保障电压处于稳定状态。传感器的使用是为了及时有效地传输和反馈注水泵的运行情况，变频器和调节器是接受反馈情况的终端，根据具体运行情况进行自我调节。变频控制技术的使用实现了注水泵流程的简化，取消了储水罐和喂水泵两道程序，有效避免了水源井的反复启动和停止，实现了注水泵的自动化，在节约电能的基础上，降低了工作人员的劳动强度[4]。

3.3 注水泵涂膜技术

泵涂膜所采用的材料是由美國贝尔佐纳公司生产的1341增效涂层氟树脂。氟树脂具有耐高温、耐老化、耐腐蚀性、摩擦系数小、不导电等特性，并具有较强的喷涂黏结力和附着力，能够很好地光洁机件表面，保证注水泵叶轮在高速旋转过程中涂层不破损、不脱落。涂有氟树脂的机泵泵件表面比抛光后的不锈钢还要光滑20倍，因其具有不沾水的特性，使水直接从表面滑过，从泵内经过的液体减少了分界层和液体内部的涡流，进而大大降低了功率消耗，增加了流速[5]。注水泵涂膜前后对比如图2所示。

4 应用效果与评价

泵控泵（PCP）技术可以在降低注水泵负荷的同时，增大流量，使调节泵和注水泵同步工作，在不浪费流量的情况下，完全打开注水阀门，提高工作效率并降低能耗。

在使用前置泵变频调参系统时，多数使用计算机控制系统来进行优化控制，可以控制流量闭环和注水泵压力闭环，实现小功率增压变频运作，有效保障了注水泵的运行状态。

注水泵涂膜可以有效减小液体介质流动时的摩擦力，从而通过小功率大流速和提高流速升高水压的方式来减少能耗，是提高整体效率的重要方法之一。

5 结语

本文首先分析了油田注水系统，然后探讨油田注水泵能量，最后提出油田注水泵节能降耗关键技术，并总结了各个技术和方法的应用效果。在实际生产过程中，工作人员应根据不同油田的实际情况，采取针对性的节能降耗技术，以有效实现节能降耗的目的。

参考文献：

[1]张梦华.油田注水系统节能降耗分析[J].化工管理，2020（5）：52-53.

[2]周杰，濮新宏，王海军.浅谈油田注水泵变频谐波现状[J].石油工业技术监督，2018（9）：47-49.

[3]张清波.油田注水泵PCP节能改造的探讨[J].科技资讯，2012（4）：90.

[4]李琪.油田注水泵节能降耗技术与应用探究[J].石化技术，2018（7）：113.

[5]于金梅.注水泵涂膜技术应用与分析[J].价值工程，2011（9）：29.