10-注水系统多点调参优化节能技术研究

注水系统多点调参优化节能技术研究一、目的意义注水系统是油田生产耗电主要环节之一，占总耗电量的40%左右。为了控制注水耗电量，降低原油生产成本，萨北开发区试验应用注水泵减级控制泵管压差、切削叶轮调节注水泵排量和扬程、实施泵涂膜提高泵效、安装高压变频器优化注水泵运行等措施，均取得了一定的节能效果。以上技术除投资较高的高压变频能够实现动态调节外，其余技术不能够随着管网压力、水量的变化动态跟踪调节，且均是针对单泵的节能技术，没有综合考虑系统影响。因此需要研究新型节能方式，在提高注水系统运行效率的基础上，降低技术改造措施的投资，实现效益最大化。二、技术原理注水系统节能措施目的是降低注水泵泵管压差、降低管网压力损失、降低井口控制损失，提高注水泵泵效等。注水系统区域性多点调参优化运行技术是针对注水系统的能耗损失点进行技术攻关，研究开发综合性节能技术措施，实现注水系统整体优化运行，包括前置泵低压变频调速技术和注水系统优化运行仿真技术两部分。二、技术原理1.前置泵低压变频调速技术前置泵低压变频调参技术是通过调整前置泵的出口压力来调节注水泵的入口压力，实现注水站出口压力和注水量的调整，从而达到减少或消除注水站泵管压差。前置泵低压变频调参系统由一台注水泵、一台增压泵、注水泵驱动电机、增压泵驱动电机、变频器及保障运行的各种控制设备和辅助系统组成系统。二、技术原理1.前置泵低压变频调速技术当注水泵运行压力大于管压时，根据泵实际情况拆级后再与单级前置泵串联，保证注水泵运行在高效区，并利用变频技术调节前置泵出口压力降低泵管压差。计算机控制系统对前置泵实行变频调速优化控制，进行注水泵压力闭环和流量闭环控制，控制小功率增压泵变频运行，保证注水泵运行在安全、合理的状态下。二、技术原理2.注水系统模拟优化运行技术注水系统优化系统由中心站计算机控制系统、专用光纤数据传输网络和注水站单站控制系统等三个主要环节组成，通过三个步骤实现对注水管网的优化运行控制。中心控制系统采集各注水站上传参数，并通过企业网下载所有注水井的运行参数日报表后，经处理导入注水系统基础运行参数数据库。第一步第二步第三步二、技术原理2.注水系统模拟优化运行技术注水系统优化系统由中心站计算机控制系统、专用光纤数据传输网络和注水站单站控制系统等三个主要环节组成，通过三个步骤实现对注水管网的优化运行控制。注水系统优化运行软件集中监测注水系统的运行情况，经计算给出开泵方案和每个泵的最佳运行参数，合理分配管网压力和流量负荷，使整个注水管网负荷均衡分布，降低管网损耗。第一步第二步第三步二、技术原理2.注水系统模拟优化运行技术通过控制网络把优化结果下传到各注水站，通过注水站计算机控制系统、实现对注水站的控制，进而实现对注水系统的全局优化控制。第一步第二步第三步注水系统优化系统由中心站计算机控制系统、专用光纤数据传输网络和注水站单站控制系统等三个主要环节组成，通过三个步骤实现对注水管网的优化运行控制。三、方案简介1．试验系统的选择聚驱系统：建设时间较短，管网连通较差，单站注水量和注水压力受开发阶段影响，变化幅度大，造成注水站泵管压差、注水管网损失较大；普通水系统：连通性好，注水压力和注水量平稳，系统运行较合理，节能潜力不大；深度水系统：连通性较好，注水量和注水压力相对平稳，但个别注水站泵管压差较高（5座站泵管压差超过1.0MPa），实施周期注水时注水单耗会进一步升高。三、方案简介2.变频调参点的布置确定前置泵低压变频器布置方案主要解决两个问题：一是确定前置泵低压变频装置的安装台数；二是确定安装低压变频装置的注水站。首先应根据注水系统的运行情况给出各种可能的布置方案，在此基础上运用所编制的注水系统仿真优化软件计算出各种布置方案下的系统能耗和年节电费用，最后根据系统能耗、年节电费用、系统投资、投资回收期等多个指标综合比较确定最终方案。三、方案简介2.变频调参点的布置根据以上原则，利用注水系统仿真优化软件，分别对安装1台、2台、…、5台变频调速装置，以及台数确定的情况下的多种候选方案进行了计算分析，确定了方案4：变频器安装台数012345推荐布置方案北Ⅱ-3注北Ⅱ-3注北Ⅲ-2注北Ⅱ-3注北Ⅲ-2注北六注北Ⅱ-3注北Ⅲ-2注北六注北十九注北Ⅱ-3注北Ⅲ-2注北六注北十九注北二十注注水站变频投资(万元)0146.82293.64440.46587.28734.10巡控投资(万元)0556.32556.32556.32556.32556.32总投资(万元)0703.14849.96996.781143.61290.42系统单耗（kWh/m3）6.075.965.855.775.725.71年节省电费（万元）0196.0337.3453.4537.1557.9项目投资回收期(年)03.592.522.201.132.31系统投资增加值（万元）0703.14146.82146.82146.82146.82年节省电费增加值（万元）0196.0141.3116.183.720.8增加部分投资回收期（年）03.591.041.261.757.061.前置泵单站运行试验四、现场试验情况在现场试验开展过程中，根据试验步骤分别进行了前置泵单站运行试验、系统开泵优化方案试验、系统运行参数优化试验、系统联动联调试验等。由于在注水泵前加装前置泵增压系统，原生产工艺流程改变较大，新的工艺流程是否能够有效满足生产需要，需进行现场应用以观察改造后的机组对管网的适应性。北Ⅱ-3注水站于1987年建成投产，注水泵采取“运一备一”。运行的5#注水机组的注水泵型号为DF280-160×11，注水电机型号为YK1800-2/990，泵管压差2.2MPa。四、现场试验情况主要参数流量m3/h扬程MPa泵管压差MPa泵效电机效率实耗功率kW泵单耗kWh折年电耗104kWh折年电费万元改造前26017.22.200.730.961891.57.031652.4904.4第一阶段注水泵28315.330.020.750.961673.75.81437.9786.8前置泵2830.56---78.5（实测）0.374.340.7合计28315.890.02--1752.26.11534.8827.5第二阶段注水泵33214.700.450.780.961787.55.31541.4843.6前置泵3320.50---72.2（实测）0.258.231.8合计33215.200.45--1859.75.51629.0875.41.前置泵单站运行试验现场先后进行了两个阶段的试验运行，经节能监测中心测试，节能效果显著。分阶段运行参数统计四、现场试验情况在北Ⅱ-3注水站试验取得成功后，对其余注水站安装的前置泵变频调速装置进行了单站跟踪测试。前置泵及注水泵的规格以及安装前后的数据对比注水站名称北Ⅲ-2注北十九注北六注北十一注泵型D400-150×10D400-150×11D300-150×10D400-150×10前置泵参数Q=400m3/hP=1.5MPaQ=400m3/hP=1.5MPaQ=400m3/hP=1.5MPaQ=400m3/hP=1.5MPa安装前泵管压差（MPa）1.61.61.81.7安装后泵管压差（MPa）0.450.480.320.51泵管压差下降（MPa）1.151.121.481.19安装前泵水单耗（kWh/m3）6.36.16.75.9安装后泵水单耗（kWh/m3）5.65.85.75.3泵水单耗下降（kWh/m3）0.70.31.00.61.前置泵单站运行试验四、现场试验情况2.系统开泵优化方案试验优化前系统运行情况在试运行过程中，共分现场录取数据、模拟运行、仿真优化、结果执行、信息反馈、数据对比等环节进行试验。存在以下问题：一是北Ⅲ-2注水站注水量较小，而北二十的注水量较大，造成Ⅲ-2注水站的注水半径分布不合理，管网效率较低；二是北Ⅱ-3注和北十九注的泵管压差较大；三是各站的平均泵效较低，其中北Ⅲ-2注的泵效只有74.18%。注水站名称泵号注水泵型号泵压管压排量泵效用电量单耗北十一注2D300-150×1116.214.8918478.48537605.854北Ⅲ-2注3D155-175×1115.815.2635873.18382005.993北十三注4D400-150×1116.015.1932079.97509205.664北Ⅱ-3注4D280-160A×1116.814.6705676.07437806.205北二十注3D300-150×1116.615.3742077.66465606.275北十九注1D400-150×1116.414.8948477.86571206.023北十九注3D250-150×1116.314.8657076.22388805.917北十二注3D400-150×1015.114.5858778.56487405.676系统水量：63979m3/d系统用电量：377960kWh/d平均泵效：77.32%管网效率：65.35%系统效率：50.04%泵水单耗：5.906kWh/m四、现场试验情况2.系统开泵优化方案试验按优化参数实施后系统运行情况软件优化后的系统运行情况得到一定的改善：一是北Ⅲ-2注由3号注水泵（D155-175X11）换成1号注水泵（D400-150X10），该站的排量增大，注水半径更加合理；二是优化后北Ⅱ-3注和北十九注的泵管压差都有所下降。注水站名称泵号注水泵型号泵压管压排量泵效用电量单耗北十一注2D300-150×1116.816.4764280.54450805.821北Ⅲ-2注1D400-150×1015.515.3841279.18460405.467北十三注4D400-150×1115.715.2935278.80529905.566北Ⅱ-3注4D280-160A×1116.515.1680977.43406405.968北二十注3D300-150×1116.515.1701877.15470406.702北十九注1D400-150×1116.314.9988280.01548005.545北十九注3D250-150×1116.314.9660677.88382805.795北十二注3D400-150×1015.215.0839880.58476605.675系统水量：64010m3/d系统用电量：337250kWh/d平均泵效：79.19%管网效率：66.53%系统效率：51.36%泵水单耗：5.819kWh/m3四、现场试验情况优化前、后北Ⅲ-2注水半径分布图2.系统开泵优化方案试验以北Ⅲ-2注水站注水半径的前后变化为例，反映出系统压力更加均衡。优化前优化后四、现场试验情况3.系统运行参数优化试验优化前系统运行情况注水站名称泵号注水泵型号泵压管压排量泵效用电量单耗北十一注2D300-150×1116.716.4790880.90485606.140北Ⅲ-2注1D400-150×1015.715.4847879.80472805.576北十三注4D400-150×1115.815.3957878.80518405.412北Ⅱ-3注4D280-160A×1116.714.6735375.10440405.989北二十注3D300-150×1116.615.2827880.00475205.740北十九注1D400-150×1116.315.1874274.01552006.314北十九注3D250-150×1116.515.1658275.52440406.691北十二注3D400-150×1015.515.1821878.50451205.490系统水量：65137m3/d系统用电量：381600kWh/d平均泵效：77.82%管网效率：67.05%系统效率：49.97%泵水单耗：5.858kWh/m3对系统进行了运行参数优化（即给定开泵方案时，对各泵的运行参数进行优化）：四、现场试验情况3.系统运行参数优化试验优化实施后系统运行情况注水站名称泵号注水泵型号泵压管压