注水系統多點調參優(yōu)化節(jié)能技術研究課件

注水系統多點調參優(yōu)化節(jié)能技術研究注水系統多點調參優(yōu)化節(jié)能技術研究1一、目的意義

注水系統是油田生產耗電主要環(huán)節(jié)之一，占總耗電量的40%左右。為了控制注水耗電量，降低原油生產成本，薩北開發(fā)區(qū)試驗應用注水泵減級控制泵管壓差、切削葉輪調節(jié)注水泵排量和揚程、實施泵涂膜提高泵效、安裝高壓變頻器優(yōu)化注水泵運行等措施，均取得了一定的節(jié)能效果。以上技術除投資較高的高壓變頻能夠實現動態(tài)調節(jié)外，其余技術不能夠隨著管網壓力、水量的變化動態(tài)跟蹤調節(jié)，且均是針對單泵的節(jié)能技術，沒有綜合考慮系統影響。因此需要研究新型節(jié)能方式，在提高注水系統運行效率的基礎上，降低技術改造措施的投資，實現效益最大化。一、目的意義注水系統是油田生產耗電主要環(huán)節(jié)之一2

二、技術原理

注水系統節(jié)能措施目的是降低注水泵泵管壓差、降低管網壓力損失、降低井口控制損失，提高注水泵泵效等。注水系統區(qū)域性多點調參優(yōu)化運行技術是針對注水系統的能耗損失點進行技術攻關，研究開發(fā)綜合性節(jié)能技術措施，實現注水系統整體優(yōu)化運行，包括前置泵低壓變頻調速技術和注水系統優(yōu)化運行仿真技術兩部分。二、技術原理注水系統節(jié)能措施目的是降3

二、技術原理1.前置泵低壓變頻調速技術

前置泵低壓變頻調參技術是通過調整前置泵的出口壓力來調節(jié)注水泵的入口壓力，實現注水站出口壓力和注水量的調整，從而達到減少或消除注水站泵管壓差。前置泵低壓變頻調參系統由一臺注水泵、一臺增壓泵、注水泵驅動電機、增壓泵驅動電機、變頻器及保障運行的各種控制設備和輔助系統組成系統。二、技術原理1.前置泵低壓變頻調速技術4

二、技術原理1.前置泵低壓變頻調速技術

當注水泵運行壓力大于管壓時，根據泵實際情況拆級后再與單級前置泵串聯，保證注水泵運行在高效區(qū)，并利用變頻技術調節(jié)前置泵出口壓力降低泵管壓差。計算機控制系統對前置泵實行變頻調速優(yōu)化控制，進行注水泵壓力閉環(huán)和流量閉環(huán)控制，控制小功率增壓泵變頻運行，保證注水泵運行在安全、合理的狀態(tài)下。二、技術原理1.前置泵低壓變頻調速技術5

二、技術原理2.注水系統模擬優(yōu)化運行技術

注水系統優(yōu)化系統由中心站計算機控制系統、專用光纖數據傳輸網絡和注水站單站控制系統等三個主要環(huán)節(jié)組成，通過三個步驟實現對注水管網的優(yōu)化運行控制。

中心控制系統采集各注水站上傳參數，并通過企業(yè)網下載所有注水井的運行參數日報表后，經處理導入注水系統基礎運行參數數據庫。第一步第二步第三步二、技術原理2.注水系統模擬優(yōu)化運行技術6

二、技術原理2.注水系統模擬優(yōu)化運行技術

注水系統優(yōu)化系統由中心站計算機控制系統、專用光纖數據傳輸網絡和注水站單站控制系統等三個主要環(huán)節(jié)組成，通過三個步驟實現對注水管網的優(yōu)化運行控制。

注水系統優(yōu)化運行軟件集中監(jiān)測注水系統的運行情況，經計算給出開泵方案和每個泵的最佳運行參數，合理分配管網壓力和流量負荷，使整個注水管網負荷均衡分布，降低管網損耗。第一步第二步第三步二、技術原理2.注水系統模擬優(yōu)化運行技術7

二、技術原理2.注水系統模擬優(yōu)化運行技術

通過控制網絡把優(yōu)化結果下傳到各注水站，通過注水站計算機控制系統、實現對注水站的控制，進而實現對注水系統的全局優(yōu)化控制。第一步第二步第三步

注水系統優(yōu)化系統由中心站計算機控制系統、專用光纖數據傳輸網絡和注水站單站控制系統等三個主要環(huán)節(jié)組成，通過三個步驟實現對注水管網的優(yōu)化運行控制。二、技術原理2.注水系統模擬優(yōu)化運行技術8

三、方案簡介1．試驗系統的選擇聚驅系統：建設時間較短，管網連通較差，單站注水量和注水壓力受開發(fā)階段影響，變化幅度大，造成注水站泵管壓差、注水管網損失較大；普通水系統：連通性好，注水壓力和注水量平穩(wěn)，系統運行較合理，節(jié)能潛力不大；深度水系統：連通性較好，注水量和注水壓力相對平穩(wěn)，但個別注水站泵管壓差較高（5座站泵管壓差超過1.0MPa），實施周期注水時注水單耗會進一步升高。三、方案簡介1．試驗系統的選擇聚驅系統：建設時間較9

三、方案簡介2.變頻調參點的布置

確定前置泵低壓變頻器布置方案主要解決兩個問題：

一是確定前置泵低壓變頻裝置的安裝臺數；二是確定安裝低壓變頻裝置的注水站。首先應根據注水系統的運行情況給出各種可能的布置方案，在此基礎上運用所編制的注水系統仿真優(yōu)化軟件計算出各種布置方案下的系統能耗和年節(jié)電費用，最后根據系統能耗、年節(jié)電費用、系統投資、投資回收期等多個指標綜合比較確定最終方案。三、方案簡介2.變頻調參點的布置確定10

三、方案簡介2.變頻調參點的布置

根據以上原則，利用注水系統仿真優(yōu)化軟件，分別對安裝1臺、2臺、…、5臺變頻調速裝置，以及臺數確定的情況下的多種候選方案進行了計算分析，確定了方案4：變頻器安裝臺數012345推薦布置方案北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變頻投資(萬元)0146.82293.64440.46587.28734.10巡控投資(萬元)0556.32556.32556.32556.32556.32總投資(萬元)0703.14849.96996.781143.61290.42系統單耗（kWh/m3）6.075.965.855.775.725.71年節(jié)省電費（萬元）0196.0337.3453.4537.1557.9項目投資回收期(年)03.592.522.201.132.31系統投資增加值（萬元）0703.14146.82146.82146.82146.82年節(jié)省電費增加值（萬元）0196.0141.3116.183.720.8增加部分投資回收期（年）03.591.041.261.757.06三、方案簡介2.變頻調參點的布置根據以上原111.前置泵單站運行試驗四、現場試驗情況

在現場試驗開展過程中，根據試驗步驟分別進行了前置泵單站運行試驗、系統開泵優(yōu)化方案試驗、系統運行參數優(yōu)化試驗、系統聯動聯調試驗等。

由于在注水泵前加裝前置泵增壓系統，原生產工藝流程改變較大，新的工藝流程是否能夠有效滿足生產需要，需進行現場應用以觀察改造后的機組對管網的適應性。

北Ⅱ-3注水站于1987年建成投產，注水泵采取“運一備一”。運行的5#注水機組的注水泵型號為DF280-160×11，注水電機型號為YK1800-2/990，泵管壓差2.2MPa。1.前置泵單站運行試驗四、現場試驗情況在現場試12四、現場試驗情況主要參數流量m3/h揚程MPa泵管壓差MPa泵效電機效率實耗功率kW泵單耗kWh折年電耗104kWh折年電費萬元改造前26017.22.200.730.961891.57.031652.4904.4第一階段注水泵28315.330.020.750.961673.75.81437.9786.8前置泵2830.56---78.5（實測）0.374.340.7合計28315.890.02--1752.26.11534.8827.5第二階段注水泵33214.700.450.780.961787.55.31541.4843.6前置泵3320.50---72.2（實測）0.258.231.8合計33215.200.45--1859.75.51629.0875.41.前置泵單站運行試驗

現場先后進行了兩個階段的試驗運行，經節(jié)能監(jiān)測中心測試，節(jié)能效果顯著。分階段運行參數統計

四、現場試驗情況主要參數流量揚程泵管壓差泵效電機實耗功率泵單13四、現場試驗情況

在北Ⅱ-3注水站試驗取得成功后，對其余注水站安裝的前置泵變頻調速裝置進行了單站跟蹤測試。前置泵及注水泵的規(guī)格以及安裝前后的數據對比

注水站名稱北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前置泵參數Q=400m3/hP=1.5MPaQ=400m3/hP=1.5MPaQ=400m3/hP=1.5MPaQ=400m3/hP=1.5MPa安裝前泵管壓差（MPa）1.61.61.81.7安裝后泵管壓差（MPa）0.450.480.320.51泵管壓差下降（MPa）1.151.121.481.19安裝前泵水單耗（kWh/m3）6.36.16.75.9安裝后泵水單耗（kWh/m3）5.65.85.75.3泵水單耗下降（kWh/m3）0.70.31.00.61.前置泵單站運行試驗四、現場試驗情況在北Ⅱ-3注水站試驗取得成功后14四、現場試驗情況2.系統開泵優(yōu)化方案試驗優(yōu)化前系統運行情況

在試運行過程中，共分現場錄取數據、模擬運行、仿真優(yōu)化、結果執(zhí)行、信息反饋、數據對比等環(huán)節(jié)進行試驗。存在以下問題：一是北Ⅲ-2注水站注水量較小，而北二十的注水量較大，造成Ⅲ-2注水站的注水半徑分布不合理，管網效率較低；二是北Ⅱ-3注和北十九注的泵管壓差較大；三是各站的平均泵效較低，其中北Ⅲ-2注的泵效只有74.18%。注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注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系統水量：63979m3/d系統用電量：377960kWh/d平均泵效：77.32%管網效率：65.35%系統效率：50.04%泵水單耗：5.906kWh/m四、現場試驗情況2.系統開泵優(yōu)化方案試驗優(yōu)化前系統運行情況15四、現場試驗情況2.系統開泵優(yōu)化方案試驗按優(yōu)化參數實施后系統運行情況

軟件優(yōu)化后的系統運行情況得到一定的改善：一是北Ⅲ-2注由3號注水泵（D155-175X11）換成1號注水泵（D400-150X10），該站的排量增大，注水半徑更加合理；二是優(yōu)化后北Ⅱ-3注和北十九注的泵管壓差都有所下降。注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注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系統水量：64010m3/d系統用電量：337250kWh/d平均泵效：79.19%管網效率：66.53%系統效率：51.36%泵水單耗：5.819kWh/m3四、現場試驗情況2.系統開泵優(yōu)化方案試驗按優(yōu)化參數實施后系統16四、現場試驗情況優(yōu)化前、后北Ⅲ-2注水半徑分布圖2.系統開泵優(yōu)化方案試驗

以北Ⅲ-2注水站注水半徑的前后變化為例，反映出系統壓力更加均衡。優(yōu)化前優(yōu)化后四、現場試驗情況優(yōu)化前、后北Ⅲ-2注水半徑分布圖2.系統開泵17四、現場試驗情況3.系統運行參數優(yōu)化試驗優(yōu)化前系統運行情況

注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注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系統水量：65137m3/d系統用電量：381600kWh/d平均泵效：77.82%管網效率：67.05%系統效率：49.97%泵水單耗：5.858kWh/m3

對系統進行了運行參數優(yōu)化（即給定開泵方案時，對各泵的運行參數進行優(yōu)化）：四、現場試驗情況3.系統運行參數優(yōu)化試驗優(yōu)化前系統運行情況18四、現場試驗情況3.系統運行參數優(yōu)化試驗優(yōu)化實施后系統運行情況

注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注2D300-150×1116.916.4793581.17448805.655北Ⅲ-2注1D400-150×1015.815.5794978.10444405.591北十三注4D400-150×1115.815.31009581.30532805.279北Ⅱ-3注4D280-160A×1116.714.8705678.84405405.745北二十注3D300-150×1116.715.3784579.99456005.813北十九注1D400-150×1115.915.2935778.82575406.149北十九注3D250-150×1115.6152658277.19423606.435北十二注3D400-150×1015.114.8833778.62467605.608系統水量：65156m3/d系統用電量：376300kWh/d平均泵效：79.25%管網效率：68.16%系統效率：51.61%泵水單耗：5.775kWh/m3

參數優(yōu)化實施后系統的平均泵效、管網效率和系統效率有不同程度的提高，系統的單耗下降了0.083kWh/m3。四、現場試驗情況3.系統運行參數優(yōu)化試驗優(yōu)化實施后系統運行情19四、現場試驗情況4.系統聯動聯調試驗

優(yōu)化前系統運行情況

注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注1D400-150×1015.314.8978480.48513605.519前置泵2640北Ⅲ-2注1D400-150×1015.615.41002379.22536605.623前置泵2706北十三注4D400-150×1115.815.3932079.97509205.464北Ⅱ-3注5D280-160A×1115.815.4713177.07397005.933前置泵2607北二十注3D300-150×1116.315.5752080.66441605.872北十九注1D400-150×1116.415.8952777.86530605.774前置泵2555北六注4D300-150×1015.314.9755379.87411605.734前置泵2147北十二注3D400-150×1015.114.8878779.56475405.410系統水量：69645m3/d系統用電量：394215kWh/d平均泵效：79.33%管網效率：68.35%系統效率：54.24%泵水單耗：5.660kWh/m3

整套系統優(yōu)化控制各環(huán)節(jié)均完成后，進行了全系統優(yōu)化運行試驗。四、現場試驗情況4.系統聯動聯調試驗優(yōu)化前系統運行情況注20四、現場試驗情況中心站仿真優(yōu)化軟件優(yōu)化結果四、現場試驗情況中心站仿真優(yōu)化軟件優(yōu)化結果21四、現場試驗情況4.系統聯動聯調試驗

按優(yōu)化參數實施后系統運行情況注水站名稱泵號注水泵型號泵壓管壓排量泵效用電量單耗北十一注1D400-150×1015.314.9964881.22513605.590前置泵2604北Ⅲ-2注1D400-150×1015.515.3998382.01523205.481前置泵2695北十三注4D400-150×1115.715.2932080.97508005.463北Ⅱ-3注5D280-160A×1115.315.0714277.65385005.727前置泵1928北二十注3D300-150×1115.614.8751880.16437805.823北十九注1D400-150×1115.515.2945278.60483805.397前置泵2633北六注4D300-150×1015.315.3762283.42394805.453前置泵2085北十二注3D400-150×1015.114.8876679.99474205.409系統水量：69688m3/d系統用電量：383985kWh/d平均泵效：80.30%管網效率：70.99%系統效率：56.71%泵水單耗：5.511kWh/m3四、現場試驗情況4.系統聯動聯調試驗按優(yōu)化參數實施后系統運22四、現場試驗情況4.系統聯動聯調試驗

由于安裝了5套前置泵變頻調參系統后，深度水注水系統的運行狀況已經得到一定程度的改善，通過仿真優(yōu)化軟件的進一步計算優(yōu)化，使注水系統運行狀態(tài)更趨合理，在保證地質開發(fā)數量的同時，優(yōu)化實施前后的平均泵效上升0.97%，管網效率上升2.64%，系統效率上升2.47%，泵水單耗下降0.149kWh/m3。四、現場試驗情況4.系統聯動聯調試驗由于安裝了23四、現場試驗情況5.試驗前后系統運行情況對比

通過對注水系統管網全局優(yōu)化，運行狀態(tài)更加合理，達到995.2×104kWh年節(jié)電規(guī)模。試驗前后系統運行狀態(tài)對比對比項原運行狀態(tài)試驗實施后運行狀態(tài)前后對比平均泵效（