1 注聚地面系统效率计算公式的建立
鉴于目前国内各大油田以及胜利油田各采油厂尚未开展注聚地面系统效率调查工作，本文对注聚地面系统效率的调查、计算方法进行了初步的探讨。由于注聚系统设 备种类多、运行状态复杂，流体介质不同于清水或污水，在注聚地面系统效率调查、计算上尚没有成熟的经验可以借鉴。为此，以能量守恒定律为指导，结合注水地 面系统效率调查和计算的成熟做法，从理论上对注聚地面系统效率计算进行了有益的探讨。深入研究分析表明，将注聚系统相对复杂的系统进行简单化处理，从而形 成理论性、可操作性强的计算公式，从而为地面系统效率调查计算、节能降耗措施的提出及效果分析打下了理论基础。
注聚地面系统效率和能耗分析计算公式推导：
单井设备消耗的功率Ni：
Ni＝I·U·cosΦ/1000 （1）
对以压力和流量为特性参数的单体设备，如注聚泵、注聚井等，有功功率N有i，通用计算公式为
QiHρ
N有i＝——— （2）
102
≈0.2777QiPi （3）
根据注聚地面系统效率的概念，可知，注聚系统效率η计算如下：
η＝注聚井井口总功率/注聚站消耗的总功率 （4）
＝∑单井井口功率/∑注聚站单体设备消耗的功率 （5）
＝∑0.2777QiPi/∑Ni （6）
式中：
I———电流，A
U———电压，V
cosΦ———电机功率因数，小数，一般取0.85，对单体设备，功率因素随着负载变化而不断变化
H———扬程，m
ρ———介质密度kg/m3
Qi———聚合物母液流量，式（2）中，m3/s,式（3）、（6），m3/h；
Pi———注聚井口压力，MPa
Ni———单井设备消耗的功率，kw
由此，注聚系统效率可以根据公式（6）计算得出。
注入1立方米聚合物母液消耗的电量称为注聚单耗，它是另一项重要的技术经济指标，用Xi表示，kwh/m3。
Xi＝∑Ni/∑Qi。
为了更准确地反映注聚系统作功效率，一般用系统单耗来反映，用xi表示，kwh/m3·MPa。
xi＝∑Ni/∑Qi·Pi
单体设备、母液配制单耗计算方法与上述方法类似。用公式（6）分析影响注聚系统效率的主要因素，为注聚地面系统效率调查和节能降耗措施的提出与实施提供了理论依据。
2 孤东二区注聚地面系统效率现状调查结果
2.1 调查办法
为了提高注聚地面系统效率调查的准确性和可操作性，采取调查一个时点的系统效率作为整个注聚地面系统的效率。即调查某一时点所有注聚设备消耗的功率，同步 调查所有正注聚井的瞬时功率。对间歇运行的设备则根据全天运行的时间，折算到1小时所消耗的能量，对所有设备都要进行折算。注聚井管汇和井口油压为聚合物 母液和污水混注共同作用形成的，但污水流量、压力没有发生明显的变化，因此调查注聚地面系统效率时只调查母液流量，污水量不计算在内。
2.2 调查方式
对所有注聚泵和辅助设备（分散装置、喂入泵、外输泵、清水泵、搅拌机和排污泵）调查运行电流、电压等数据，折算单体设备消耗的瞬时功率，并汇总注聚站消耗的总功率。
对所有的母液流量计和压力表须进行检查标定，确保准确灵活好用。要求在同一时点录取各类设备的运行参数和井口注入压力。需要说明的是，现场注入过程中，聚合物母液和高压污水是同时混合注入的，实际调查时只调查聚合物母液量，而油压是两者混注形成的压力。
2.3 两次调查结果比较
为了搞清孤东油田二区注聚区地面系统效率状况，于2006年6月和2007年6月下旬进行了两次全面的调查。
从 调查结果（有关数据详见附表1、附表2）中看到，2006年6月地面系统效率为51.38%，注聚单耗为5.48kwh/m3，系统单耗为 0.49kwh/m3·MPa，2007年6月地面系统效率为53.67%，注聚单耗为5.35kwh/m3，系统单耗为0.46kwh/m3·MPa， 地面系统效率上升0.75%，注聚单耗下降0.27kwh/m3，系统单耗下降0.03kwh/m3·MPa。
可见，2007年6月下旬较2006年6月注聚地面系统效率有了一定提高，而注聚单耗、系统单耗有了一定的下降。分析认为这得益于2007年以来采取的调 整设备配置，优化设备运行参数、应用多泵对多井试验等调整措施，使注聚地面系统效率有了一定提高，单耗和系统单耗有了较大下降。
3 提高注聚地面系统效率的做法及效果分析
3.1 影响注聚系统效率的因素分析
为了搞清影响注聚地面系统效率的诸因素，对注聚系统用电设备进行了全面的调查。注聚站用电设备主要有分散溶解装置、熟化罐、喂入泵、外输泵、注聚泵、清水泵、以及辅助设备排污泵等，但以注聚泵为主要耗电设备。
工作原理：清水泵从清水罐吸取清水增压后与聚合物干粉在分散装置初步混合溶解，然后输送至熟化罐搅拌熟化，经喂入泵（或外输泵）增压后再通过注聚泵加压计量后与高压污水计量混合后进入注入井。主要耗电设备工艺流程见图1。
从聚合物注入过程各个节点看，分散系统、熟化系统，喂入系统、注聚泵升压系统、管网系统等均为影响注聚地面系统效率的因素。从现场实测数据和运行状况，逐个节点分析导致系统效率的因素：
3.1.1 分散配制系统排液泵存在一定的功率过剩现象，由于排液泵进熟化罐回压较低，只有0.05MPa左右，而排液泵配置22KW电机，属于“大马拉小车”；清水供水泵与排液泵也存在类似现象。
3.1.2 熟化系统主要影响因素是熟化时间是不是合理，夏天清水温度高，聚合物易于与水溶解，如果仍熟化2小时，一方面使聚合物溶液粘度保留率降低，同时增加了电机功率的无谓损耗。
3.1.3 喂入、外输系统主要影响因素是输送聚合物溶液的粘度、以及管径、输送距离等，由于聚合物浓度高则粘度高，冬天管损较大，而输送介质粘度高时，管损较大，二区外输系统冬天最大管损达0.6MPa以上。
3.1.4 注聚泵升压系统主要影响因素是聚合物溶液的粘度、注聚泵运行状况等。由于聚合物粘度高，注聚泵充满系数降低，容积效率下降时，泵运行效率下降；由于注聚井 配注变化，造成注聚泵理论排量与实际配注不匹配，造成“大马拉小车”，而欠注井需要启用备用泵补足，造成运行效率降低，注聚单耗上升。
3.1.5 单井管线压力损失，主要影响因素是输送聚合物溶液的粘度、管线管径、输送距离等。由于聚合物浓度高则粘度高，冬天管损较大，而输送介质粘度高时，管损较大，二区冬天单井最大管损达0.3MPa以上。
调查分析表明，以上诸因素中，注聚设备中，注聚泵台数最多，运行状态变化大，常存在“大马拉小车”的情况，因而为主要影响因素。
3.2 提高注聚地面系统效率采取的措施及效果分析
从注聚地面系统效率的基本概念来看，对于注聚系统，提高注聚地面系统效率的根本在于节电降耗，其主要途径有两方面：一是缩短设备运行时间，减少设备运行台 数，二是降低设备、设施的无效损耗。其主要措施是减少设备运行台数，缩短设备运行时间，优化设备运行参数，提高运行效率。随着注入的进行，单井注入压力会 发生变化，注入量是方案确定的。因此，在现场测试单耗影响因素的基础上，将提高注聚地面系统效率的措施放在调整设备配置，优化设备运行参数等调整措施等方 面，并取得了较好的效果。
3.2.1 重点测试注聚泵单耗影响因素
为进一步准确掌握注聚泵运行状况，降低注聚泵单耗，现场应用DDZ3电参数测试仪和钳型电流表对3台注聚泵进行了运行状态测试。
现场任意取了几台注聚泵在注入浓度不变的情况下，检测不同运行频率下容积效率和系统单耗变化。从检测数据看出，注聚泵在低频运行时，容积效率偏低、系统单 耗偏高。随着运行频率增加，容积效率上升、系统单耗下降，并在35-45Hz范围内容积效率最高、系统单耗最低，因而为最佳运行工况区间。随着运行频率继 续增加，则容积效率下降、系统单耗上升（表1）。
根据检测数据作出不同泵容积效率曲线（图2）、系统单耗曲线（图3）。从容积效率曲线可看出，低频运行时，注聚泵的容积效率较低，而且随着运行频率的增 加，容积效率上升，在35-45Hz范围内容积效率最高。一般在20Hz及以下时，频率低则容积效率低。因为在注聚泵设计运行频率为50Hz，低频率运行 时，注聚泵的吸液阀和排液阀因泵运转的过于缓慢，导致吸排打开的程度变小，造成容积效率降低。
从现场测试数据看，容积效率高，则系统单耗低。反之亦然。虽然两者不是线性关系，但直接相关。容积效率高，实际排量接近理论排量，注聚泵做的有用功多，显 然单耗和系统单耗较低。从系统单耗曲线看出：变频器在不同频率运行中，注聚泵系统单耗随着频率的升高而降低，25-45Hz范围内系统单耗较低，并在35 -45Hz范围内系统单耗最低，为最佳运行工况区间，当频率进一步上调时，系统单耗则呈上升趋势，与容积效率下降相对应（图2）。
电机运行频率过高时，电机皮带传动效率下降，磨损增加，造成运行效率下降，体现为系统单耗上升。
3.2.2 调整注聚泵配置，减少低频运行台数
针对存在的“大马拉小车”和“小马拉大车”的情况，在站外进行流程管线相互间调整（即重新碰头），一方面提高了单井母液供液能力与设计需要的匹配率，基本 杜绝了“大马拉小车”和“小马拉大车”的现象（表2），平均运行频率提高14.9Hz,单耗由原来4.38 kwh/m3下降到3.8kwh/m3，平均下降0.58kwh/m3。经计算，共减少低频运行3800台小时，按每台小时实际耗电10kwh计算，共节 电0.94万kwh。
流程调整后，4台高频率运行的注聚泵下调了运行频率,也取得了较好的降耗效果, 平均运行频率下降9.5Hz，单耗由原来4.2kwh/m3下降到3.8kwh/m3，平均下降0.4kwh/m3（表3）。
3.2.3 对注聚泵及时清阀，提高容积效率，降低注聚单耗
现场通过采取注聚泵清阀、更换阀簧、阀芯（阀杆易折断）等具体措施实施126台次，当容积效率低于90%时,强制停泵清阀,注聚泵平均容积效率由清阀前的88.1%上升到目前的93.7%，节电率为5.6%，按每台小时耗电10kwh计算，共节电4.1万kwh。
3.2.4 应用平衡式低剪切截止调节阀，减少注聚泵开泵台数
2006年9月，平衡式低剪切截止调节球阀在9#-1站注聚站进行试验，实现了1台注聚泵可以同时给2口井提供母液。现场检测表明该阀具有母液调节精度 高、现场操作方便、粘度保留率高的特点。现场取样检测表明，调节阀开度在全开、2/3、1/2、1/4时，粘度保留率均在98%以上，进行现场推广时机已 经成熟。
针对部分注聚泵供液能力闲置的情况，2007年3月，在二区9#站设计增加3套平衡式低剪切截止调节球阀，使注聚泵能力得到了充分发挥，实现了1台注聚泵可以同时给多口井供聚、多泵给多口井供聚注入。
现场操作时,通过备用泵流程,调节各阀门开度，使某台注聚泵多余的聚合物母液供向所需井流程，可以实现多泵对多井供聚合物母液，提高了注聚泵的运行效率和利用率。
如图4所示，通过调整平衡式低剪切截止调节球阀开度，实现了2台泵给3口井供聚合物母液。使原来3台低频运行注聚泵转为开2台注聚泵，均转入最佳工况范围 内运行，减少开泵台数1台。现场测试表明，每小时节电2kwh，相当于少开一台2kw的电机，日节电：2×24=48（kwh）
4 结论与认识
4.1 从注聚地面系统效率调查结果看，影响因素主要有分散、熟化、喂入外输、注聚泵和单井等各节点的运行状况，尤以注聚泵对地面系统效率和单耗、系统单耗影响最大。
4.2 通过采取调整设备配置，优化设备运行参数等调整措施，使注聚地面系统效率有了一定提高，注聚单耗有了一定下降，说明措施有效。
4.3 在注聚井配注调整比较频繁的情况下，推广应用一泵对多井、多泵对多井技术，对于提高设备利用率，降低单耗能起到较好的效果。由于要求选择注入压力相近的井，否则注入量相对难以稳定，且占用泵备用管线，使用条件受到一定限制。
4.4 限于现场技术条件，目前注聚系统效率只调查到注聚井口，下步要将系统效率调查延伸到井底，掌握注入过程能量损耗情况，并有针对性地采取技术与管理措施。
4.5 针对目前国内各大油田以及胜利油田各采油厂尚未开展注聚地面系统效率调查工作的情况，在本文研究的基础上继续细化论证，规范计算、调查方法，编制注聚地面 系统效率计算、调查标准，使其成为企业内部技术规范，为采油厂规范注聚地面系统管理，实现节能降耗打下基础。
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