小集油田注水系統(tǒng)節(jié)能降耗對策分析

李智慧 高維剛 李莉

(大港油田公司采油工藝研究院天津 300280)

1 小集油田注水系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀

1.1 注水系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)狀

小集油田注水系統(tǒng)建有注水泵站3座，注水泵34臺，在用23臺，運行功率3805kW。配水間8座，注水干線20.25km，單井注水管道46.2km，目前共有注水井117口，開井75口，注水量7741m3/d。目前注水單耗為8.74kW·h/m3，系統(tǒng)效率為52.06%。與2009年大港油田平均注水單耗8.01kW·h/m3相比，小集注水系統(tǒng)每年多耗電206×104kW·h。

圖1 小集油田注水系統(tǒng)示意圖

1.2 影響注水單耗的因素分析

根據(jù)公式：注水系統(tǒng)效率=電機效率×泵效×管網(wǎng)效率

影響系統(tǒng)效率的因素有三個，其中電機效率一般為95%左右，因此提高系統(tǒng)效率應從提高泵效和提高管網(wǎng)效率兩個方面著手進行分析。

1.2.1 泵效分析

注水系統(tǒng)在用的機泵分為注水泵和增注泵兩種。

（1）注水泵泵效分析：

各站在用機泵泵效及注水單耗如下表：

表1 小集油田注水站生產(chǎn)情況

由上表可以直觀的看出，較低的泵效導致注水單耗的升高，小一注的注水泵泵效較低，這是由于小一注投產(chǎn)時間較長，在用的注水泵有22臺運行時間已達20000小時以上，有的甚至接近50000小時,機泵效率下降，與柱塞泵額定泵效（85%）相比存在較大差距。尤其是老三柱泵房的7臺泵，泵效僅為72%，且腐蝕嚴重，可利舊價值很小。

（2）增注泵泵效分析

部分水井由于地層壓力高需要增壓注水，目前小集油田有離心式增注泵7臺，負責18口水井的增壓注水。

表2 增注泵應用情況

部分增壓泵由于長期處于高壓運行狀態(tài)，泵效下降，達不到離心泵正常泵效（75%左右），平均每臺泵每天多耗電約426度，并且泵軸的機械密封部位漏失、損壞頻繁，運行一年左右就需要進行大修處理，維護費用較高。

1.2.2 管網(wǎng)效率分析

根據(jù)公式：管網(wǎng)效率 ηn=（N井口/N泵出）×100%

其中 N泵出=（P泵出-P泵入)·Q泵

因此，降低泵出口壓力，可有效提高管網(wǎng)效率。影響泵出口壓力的原因主要有注水泵與所轄水井壓力不匹配。

另外N泵出=N管損+N井口

因此，降低管損，可有效提高管網(wǎng)效率。影響管損的因素有兩個：注水工藝環(huán)節(jié)多流程長和管道結垢嚴重。

（1）注水泵與所轄水井壓力不匹配

隨著注水開發(fā)的調(diào)整，注水系統(tǒng)所轄區(qū)塊注水井壓力相差較大，以小一注為例：

小一注注水系統(tǒng)分為25MPa和35MPa兩個等級，其中25MPa等級注水井目前有34口，總注水量為4823 m3/d，平均注水單耗為8.55kW·h/m3。其中單井注水壓力小于20MPa的井有26口，占總井數(shù)的76%，注水量為3914 m3/d，占總注水量的81%。

注水泵與所轄水井壓力的差距較大，造成泵的輸出功率升高，因此能耗升高、管網(wǎng)效率降低。小一注的管網(wǎng)效率僅為61.4%。

（2）注水工藝流程長環(huán)節(jié)多

小集油田注水系統(tǒng)模式為注水泵站--配水間--注水單井的三級布站模式，共建有注水泵房3座，配水間8座，注水井117口，注水系統(tǒng)干線20.25km，單井注水管道46.2km。由于輸送過程中流程長環(huán)節(jié)多，存在配水間節(jié)流、管道距離長摩阻較大等問題，從而增加了從注水站到井口的壓力損失。

（3）部分管道結垢嚴重

小集油田污水礦化度較高（1.8×104mg/L），管網(wǎng)普遍存在結垢現(xiàn)象，管網(wǎng)壓損過大。為了滿足下游水井的正常執(zhí)配，只能提高泵站的運行壓力，因此造成了系統(tǒng)的無功損耗增加，管網(wǎng)效率降低。注水站泵壓平均上升 1.8MPa，每年多耗電 141.3×104kW·h。

據(jù)統(tǒng)計，該油田結垢較嚴重的注水管道有17條共14.7km，占總管道長度的22%。這些結垢的注水管道實際管損達到了2.2MPa，是正常管損的3.4倍。大大超出了 《油田注水系統(tǒng)經(jīng)濟運行》（SY/T6569-2003）標準中關于“注水站出口至最遠點注水井井口的管網(wǎng)阻力損失應控制在1.0MPa內(nèi)”的規(guī)定。

表3 部分注水管道基礎數(shù)據(jù)

圖2 注水干線結垢照片

2 節(jié)能對策及效益分析

2.1 節(jié)能對策

通過以上分析，提出以下節(jié)能對策：

2.1.1 采用高效柱塞泵

將小一注7臺3H-8/450II型低效柱塞泵更換為5ZB-12/42型注水泵。

2.1.2 更新低效增注泵

優(yōu)選柱塞式液力平衡增壓注水泵，對泵效低的增壓泵進行更換，同時配套完善變頻控制。小4站離心增壓泵更新為1臺3ZY-4/37型增壓注水泵；小8站離心增壓泵更新為2臺3ZY-7/40型增壓注水泵；小13站需要增壓注水的兩口井在注水工藝中進行了工藝調(diào)整，T接進小六注至小13站35MPa注水干線生產(chǎn)，增注泵可以取消。

2.1.3 將小一注進行高低壓系統(tǒng)分離改造：

不同系統(tǒng)負責相應壓力等級注水井的注水任務，各系統(tǒng)獨立運行。分為 20MPa、25MPa、35MPa三個系統(tǒng)。

根據(jù)不同壓力等級的注水量需求，配備注水泵，其中利用舊泵19臺，新建7臺。20MPa等級注水量為 3914m3/d；25MPa等級注水量為 909 m3/d；35MPa等級注水量為1553m3/d。

其中壓力等級為20MPa的注水泵15臺；壓力等級為25MPa的注水泵6臺；壓力等級為35MPa的注水泵5臺。

2.1.4 簡化注水工藝

對小集油田的注水系統(tǒng)進行優(yōu)化簡化，工藝流程由原來的注水單井--配水間--注水泵站三級布站方式簡化為注水泵站直接對應注水單井的兩級布站方式生產(chǎn)，簡化掉注水系統(tǒng)中的配水間環(huán)節(jié)，注水井直接與注水干線T接或與臨近的注水井串接。為此需新建系統(tǒng)管道延伸1.7km （Φ159×18mm管道 0.7km，Φ114×13mm 管道 0.8km，Φ89×10mm 管道0.2km），單井注水管道2.72km（其中Φ76×9管道0.86km，Φ60×11mm 管 道 0.21km，Φ60×7mm 管 道1.65km），配套在線遠程監(jiān)控裝置117套，取消8座配水間，注水單井管線總長度減少11.13km。

2.1.5 對管道進行除垢

采用射流除垢工藝對管道進行除垢：采用多元復合物理清管技術，利用壓力噴射除垢原理，有效解決了之前物理通球方法極易卡堵和化學清洗技術產(chǎn)生大量有害氣體的問題，除垢實際效果非常理想。

注水干線：對小一注至小4站注水干線的后段、小一注至小9站35MPa注水干線、小一注至小9站25MPa注水干線實施除垢，除垢長度4450m；

單井注水管道：對小 10-14、小 12-18、小 13-12、小 10-10、小 11-7、小 11-9、小 11-7-4、小 11-17、小 13-20、小 14-19、小 9-5-2等注水井的單井管道實施除垢，累計長度7400m。

2.2 節(jié)能效益預測

小集注水系統(tǒng)節(jié)能對策投資1472萬元，具體如下表：

表4 節(jié)能對策投資估算

通過對小集油田注水系統(tǒng)實施各項節(jié)能對策，注水單井管線總長度減少11.13km，減少8座配水間，預計可減小管道沿程壓力損失1.8MPa，年減少耗電量280×104kW·h，節(jié)約電費202萬元。減少8座配水間的更新改造，節(jié)省工程改造投資400萬元，節(jié)約維護修理費25萬元，減少因管線漏失發(fā)生的污染賠償費用10萬元。投資回收期為2.3年。

表5 注水系統(tǒng)節(jié)電情況表

表6 注水系統(tǒng)節(jié)能改造效益分析

3 結論

3.1 通過對影響小集油田注水系統(tǒng)能耗的因素進行分析，制定切實可行的節(jié)能對策，預計對策實施后，注水單耗可下降0.82 kW·h/m3，系統(tǒng)效率可提高7.6%。

3.2 下步應在更廣闊范圍內(nèi)繼續(xù)有針對性的規(guī)模推廣成熟的節(jié)能降耗技術，使動態(tài)變化的注水系統(tǒng)長期保持在較為高效、合理的運行狀態(tài)，以更進一步降低注水能耗。

[1]《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》SY/T5264-2006

[2]《油田注水系統(tǒng)經(jīng)濟運行》SY/T6569-2003