海洋平台大功率注水泵节能方案对比研究

·ｌ６·　小番箍采　２０１６年第１期　海洋平台大功率注水泵节能方案对比研究　王文祥　马　强　徐海波　（中海油研究总院，北京；１０００２８）　摘要：海上油气田开发中“注水”这一作业耗能所占比重相当大。近年来，油田注水逐年流量变化较大，注水泵　的额定流量与实际所需流量通常不相匹配。对于大功率高压注水泵，若采用出口阀调节流量方式能源浪费很大。本文　针对渤海湾某大型油田的注水工况，通过对不同调速方案进行深入对比，分析研究采用液力耦合器作为海上高压注水　泵通过凋速方式来调节流量的可行性。该调速方案不仅能满足海上油气平台注水的需要，又简化了调速工艺，节能效　果突出，而且还大幅减少了平台占用面积和重量，经济效益明显。本研究为今后海上大功率注水泵的节能降耗提供了　新的借鉴参考意义。　关键词：　海上平台注水泵中图分类号：ＴＨ３１１　调速装置液力耦合器海洋平台　文献标识码：Ｂ　引　言　注水泵是满足海上油田注水、实现海上采油的　对于海上大功率设备的调速装置，以往采用变　频器居多。但近年来国外已有在海洋平台和ＦＰＳＯ　上应用液力耦合器作为注水泵、原油外输泵、离心　压缩机的调速装置方案的案例。据统计，海上平台　采用液力耦合器调速的最大单机设备功率已达到９　ＭＷ，液力耦合器在国外海上平台的应用已逐渐走　向普及。　关键设备。注水泵占海上油田生产的耗电量比重　大，一般占到４０％以上【　。在实际生产中，特别　是高压注水系统，注水的配注量在不同油田开发周　期是不同的，因此导致注水量波动较大。为了保证　注水管网的流量和压力，若通过泵的出口阀调节或　打回流的方式，既难以保证泵在最佳工况点运行，　也浪费了大量电能，同时由于泵压较高，对泵体和　２大型高压注水泵调速的必要性　离心泵采用调速装置的节能效果如图１所示。　管线的安全也不利，因此有必要对大功率注水泵采　用变速装置。本文通过渤海湾某大型海上油田的注　水泵调速装置对比装置的选型，探讨利用调速型液　力耦合器对高压注水泵的应用可行性，以实现海上　油田开发节能降耗、降本增效的目的。　从流体力学原理可知，当所需流量从ｑ．减少到Ｑ　时，如果采用出口阀调节的方法，管网的阻力将会　增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况从Ａ　点变到了新的运行工况点Ｂ点运行，所需的轴功　率Ｐ２与面积Ｈ扭·ｑ：成正比。　１概述　注水是目前海上油气开采提高采收率应用最为　广泛的开发方式。油田注水水源大都为生产水（即　井口采出的含水原油经过沉降或电脱等工艺分离出　来的生产水），或通过打水源井采出的地层水。目　前，海上油气开发中，注水压力大都在８～１５　ＭＰａ左　右，注水压力高，注水泵已成为海上油气田的重要　节能对象。　图１离心泵的运行曲线　２０１６年第１期　小番柱采　·ｌ９·　由表４和图４可知，本项目注水泵的工况特点　为：注水泵功率较大（单台最大功率２２５０　ｋｗ）、单　台注水泵的流量变幅大（最小流量仅为额定流量的　５５％，尤其在油田开发前期和开发后期，注水量的　变动幅度大）。泵出口压力较高（１０．９　ＮＰａＡ），且　随流量调节需保证在１　２０００　ｋＰａＡ。表４某平台典型年份注水工况　年份　总流量，（ｍ　）　开启台数　单台流量，（ｒｎ　）　压力参数　２０１７　５７４　２　２８７　２０１８　１Ｏ８９　３　３６３　２０１９　１６４７　４　４ｌ２　入口　２０２Ｏ　ｌ８７８　４　４７０　１１Ｉ）ｏｋＰ＆Ａ　２０２ｌ　１９９６　４　４９９　出口　２０２５　２０５５　４　５１４　１２ｏｏＯ　ｋＰａＡ　２Ｏ４１　１７５７　４　４３９　２Ｏ４２　１６９８　４　４２５　４．２效益分析　考虑到海上平台注水泵调速的适应性和经济性　要求，注水泵需要具有较宽的调节范围，因此有必　要设置调速装置。通过调速方案对比，采用液力耦　合器的方案更合适本平台项目。　调速型液力耦合器作用注水泵的效益显著。如　图５所示，左侧坐标轴是注水泵的节省功率，即注　水泵调速后功率与非调速功率的差值，反映注水过　程中节省能耗的绝对值，该差值越大，总体节能效　果越突出；右侧坐标是节能比例，是单台注水泵节　省功率与非调速下功率的比值，反映单台注水泵在　调速前后的效率比值。　通过图５，进一步对全油田开发周期内的注水　泵节能效益进行了测算。在调速型液力耦合器的作　用下，４台注水泵可累计实现节省耗电量３９２８万　ｋＷ·ｈ，尤其在该油田开发前期和开发末期，注水　泵调速的节能效益突出。根据节省能耗及参考电　价，按照１２％的折现率，４台注水泵每年可节省操　作费用１６５５万元，经济效益非常明显，可以作为　实现海上油田降本增效的重要举措。　５结语　１）注水泵在海上油气田开发中耗功占４０％以　．６００　…　／ｒｎ’　’’　’’　’—　卜－．·　厂　斌　０　２０ｌ９　２０２３　２０２７　２０３１　２０３５　２０３９　年份　图４注水泵逐年工况　图５应用液力耦合器后注水泵能耗情况　上，耗能所占比重大。常规采用的出口阀流量调节　方式明显不适用于大功率注水泵，必须高度重视，　要采取节能措施。　２）通过对两种最主要的调速方式——液力耦　合器和变频器调速方案的对比，液力耦合器能大幅　节省平台面积空间和设备重量，维护又简便，适合　在海洋平台上应用。　３）本项目方案中采用调速型液力耦合器后，４　台注水泵在全油田开发周期内可累计节省耗电量　３９２８万ｋＷ·ｈ，经济效益突出，是实现海上油田开　发降本增效的重要举措。　参考文献　［１】徐海波，王文祥，洪毅，等．海上平台大功率注水泵调速装置　的研究［Ｊ］．水泵技术，２０１４（３）：１３—１６．　【２］徐海波，王文祥，安维峥．海洋石油开发中注水泵组的选型研　究［Ｊ］．水泵技术，２０１３（２）：７－９．　【３】魏存祥，闫肃，刘昆．变频技术在注水泵系统中的应用分析　［Ｊ］．石油工程建设，２００８，３５（５）：７３—７５．　（本文编辑王振华）　（收稿日期２０１６—０１一ｌ２）