高压变频器在油田注水泵上的解决方案
在我国,注水泵站所用的注水泵包括离心式注水泵和往复式柱塞泵两种。离心泵的出口压力低,泵的效率低,一般都在80%以下,但是流量大,适用于大流量注水泵站。往复式柱塞泵出口压力高,效率高,一般都在80%以上,但是流量小,适用于小的注水泵站。一般而言,为降低系统能耗,总是遵循以下两条路线,一是通过系统运行的优化调度,二是调整注水管网系统的结构。一个油田注水管网系统的注水能力,不管如何充分利用,都是有一定限度的。当油田进入高含水开发期后,随着含水率的不断提高,为了保持油田稳产注水量迅速上升,新增注水井的数量不断增长,注水范围与注水量不断扩大,这就对注水系统的管网结构与合理布局以及注水泵站的注水能力提出了新的要求。
变频器: 变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频调速技术在油田柱塞式往复注水泵上使用的必要性
油田开发过程中地层能量不断衰减,常用注水方式以保持地层能量,进行油田开发。一方面,注水压力高低是决定油田合理开发和地面管线及设备的重要参数。考虑到后期开发注水井的增多,注水工艺设计和机电设备配置都比较宽裕,加之地质情况的变化,开关井数的增减、洗井及供水不足的影响,经常引起注水压力波动,注水量不均匀,不稳定。注水压力低,注水量满足不了油田开发的需要,必然会造成油层压力下降;注水压力过高,浪费动力,也造成**注,导致水淹、水窜;注水压力控制难度大,也给油田生产带来诸多不便,因而要求油田注水压力恒定;另一方面,由于储油层的压力及油气水分布不断发生变化,其数值很难准确预测和控制,考虑到油田开发中的需要,在工艺和机电设备配置上都按照油田较大可能的需求来设计,这一点在注水系统的设计当中显得尤为**。一般油田注水泵流程大多采用传统的水源井深井泵,将水供到储水大罐,再由喂水泵将水从储水罐供给注水泵,最后由注水泵将水注入地层。注水泵电动机大多为大功率电动机,注水泵出口压力通常是通过调节阀门来实现的,操作人员随时靠观察压力表的压力来调节阀门来实现的,而注水泵电动机的额定转速基本保持不变,这样,对电动机而言,一般配置功率都较大,启动冲击电流大,能耗也大。大马拉小车的现象十分严重,管网水泵较多,流程复杂,既浪费电能,又增加了操作人员的劳动强度。
油田注水普遍采用柱塞式往复注水泵,在工频条件下,由于电机转速恒定,柱塞往复频率是恒定的,因此,排量也是恒定的。在油田的实际开发过程中,对注水量的需求是变化的,在传统的方式下,为满足配注要求,主要是通过调节注水泵的回流量来实现,泵的无效功耗很大。同时,由于柱塞、阀片长期满载、高速工作,填料的磨损以及阀片的损坏频率也很高。回流调节阀长期处于半开状态,受高压水的冲击,阀心容易磨损、变形导致关闭不严,给生产带来不便。
变频调速技术可以实现对注水泵电动机的无级调速,依据注水压力的要求自动调节系统的运行参数,在用水量变化时保持管网水压恒定,以满足注水要求。变频调速技术是先进合理的节能型供水系统,实际应用中得到了很大发展,随着电力电子技术的飞速发展,变频器的功能也越来越强,充分利用变频器的各种功能,能很好解决注水泵能耗高,维修率高的问题。