老油田注水系統(tǒng)的節(jié)能改造

王瑞英1，董 巍1，王 斌1，馬星全2，商永濱1，李 言1，程忠釗1，趙大慶1

（1.西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西西安 710018；2.陜西宇陽(yáng)石油科技工程有限公司，陜西西安 710018）

0 引言

長(zhǎng)慶油田地處鄂爾多斯盆地，東起呂梁山，西抵六盤(pán)山、賀蘭山，南到秦嶺北坡，北達(dá)陰山南麓，跨越陜、甘、寧、蒙、晉五省區(qū)，生產(chǎn)環(huán)境具有地域相對(duì)分散、生產(chǎn)戰(zhàn)線長(zhǎng)的特點(diǎn)，是典型的低滲、低壓、低產(chǎn)油藏，主要采取注水方式開(kāi)發(fā)。根據(jù)油田生產(chǎn)用電統(tǒng)計(jì)，注水系統(tǒng)用電量占油田總用電量的30%，為油田能耗大戶。在節(jié)能降耗備受關(guān)注的形勢(shì)下，長(zhǎng)慶油田公司圍繞注水系統(tǒng)效率開(kāi)展了一些工作，但由于油藏本身的特殊性、地理?xiàng)l件的復(fù)雜性和工藝配套的局限性，導(dǎo)致注水系統(tǒng)效率總體指標(biāo)與中石油平均水平仍有較大差距，比如，安塞油田 （我國(guó)最早發(fā)現(xiàn)的陸上億噸級(jí)整裝特低滲透油田）測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，平均注水系統(tǒng)效率為34.89%，遠(yuǎn)低于中石油合格值50%；注水系統(tǒng)單耗7.36 kW·h/m3（注水泵機(jī)組能耗平均值為0.521（kW·h/m3）·MPa、注水系統(tǒng)用電單耗 0.705 （kW·h/m3）·MPa）， 遠(yuǎn)高于 SY/T 6420-2008《油田地面工程設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)規(guī)范》中的要求，注水系統(tǒng)能耗見(jiàn)圖1。

據(jù)油田生產(chǎn)用電統(tǒng)計(jì)，原油生產(chǎn) （機(jī)采、注水、集輸）用電總量占油田總用電量的81%，其中注水系統(tǒng)的用電量占油田總用電量的30%。因此，在我國(guó)大力鼓勵(lì)企業(yè)節(jié)能降耗大形勢(shì)下，如何進(jìn)一步提高注水系統(tǒng)運(yùn)行效率、降低注水系統(tǒng)單耗成為提高長(zhǎng)慶油田開(kāi)發(fā)效益的關(guān)鍵。

圖1 安塞油田注水系統(tǒng)能耗

1 現(xiàn)狀分析

長(zhǎng)慶油田從20世紀(jì)70年代開(kāi)始注水開(kāi)發(fā)，注水系統(tǒng)在建產(chǎn)初期能夠很好地滿足油田超前或同步注水要求，及時(shí)補(bǔ)充地層能量。但隨著油田開(kāi)發(fā)時(shí)間的增長(zhǎng)以及滾動(dòng)擴(kuò)邊建產(chǎn)、注采井網(wǎng)的完善，部分老油田注水系統(tǒng)暴露出諸多問(wèn)題，如：老區(qū)塊產(chǎn)量逐步遞減，部分注水站場(chǎng)所轄注水井的配注量降低、注水井?dāng)?shù)量減少，導(dǎo)致站場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較大，出現(xiàn)了 “大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象，能耗浪費(fèi)嚴(yán)重；油田大規(guī)模開(kāi)發(fā)建設(shè)很少涉及到老區(qū)塊老站場(chǎng)的改造，導(dǎo)致了目前運(yùn)行的很大一部分站場(chǎng)工藝技術(shù)相對(duì)落后，部分注水管網(wǎng)壓降損失大等。注水系統(tǒng)能耗偏高，急需對(duì)其采取一系列措施，解決高能耗問(wèn)題，以達(dá)到節(jié)能降耗、提高注水系統(tǒng)效率的目的。

2 方案研究

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，制約注水系統(tǒng)整體效率的主要因素為用電量和耗水量，主要存在于以下四個(gè)環(huán)節(jié)：注水站、配水間、注水井口及注水管道，下面針對(duì)不同類(lèi)型的損失以安塞油田為例分類(lèi)介紹其存在的問(wèn)題及相應(yīng)的改造方案。

2.1 注水站的改造

2.1.1 改造方案

通過(guò)對(duì)注水站的現(xiàn)場(chǎng)考察發(fā)現(xiàn)，安塞油田存在的問(wèn)題主要為注水泵效率降低下、注水站回流量大、注水泵功率因數(shù)低、注水站自控水平低及需要關(guān)停等。針對(duì)這些問(wèn)題，我們提出了相應(yīng)的改造方案，具體見(jiàn)表1。

表1 注水站存在問(wèn)題及主要改造方案

2.1.2 實(shí)施效果

通過(guò)上述改造，效率低下的注水泵得到提高，回流量大的注水站有效消除了回流，功率因數(shù)低的注水站得到提高，自控水平低的注水站得到改善，優(yōu)化了注水站布置，改造后節(jié)電量約4099.1萬(wàn)kW·h/a，減少了能耗，有效提高了注水系統(tǒng)效率。

2.2 配水間改造

2.2.1 改造方案

配水間是注水系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，經(jīng)測(cè)試資料和運(yùn)行統(tǒng)計(jì)資料分析，影響配水間效率的關(guān)鍵因素是局部阻力損失大、節(jié)點(diǎn)壓力下降多和計(jì)量誤差大。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，配水間腐蝕滲漏嚴(yán)重，計(jì)量水表多采用老式干式水表，注水調(diào)控復(fù)雜，準(zhǔn)確度差。從檢測(cè)的結(jié)果來(lái)看，配水間節(jié)流損失高，嚴(yán)重影響系統(tǒng)效率。

其中安塞油田的杏南、張渠、侯市、招安等區(qū)塊27座注水站的配水間因長(zhǎng)期運(yùn)行，閥門(mén)、管道腐蝕、滲漏嚴(yán)重，局部阻力增大，嚴(yán)重影響注水平穩(wěn)運(yùn)行，極大地降低了注水效率。

此27座配水間共轄井197口，本次改造考慮將其更換為66座穩(wěn)流配水閥組，注污水配水間改為防腐型穩(wěn)流配水閥組，注清水的配水間改為普通穩(wěn)流配水閥組。

2.2.2 實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)配水間的改造，有效降低了配水間的壓降損失，節(jié)約電量約30萬(wàn)kW·h/a，減少了能耗，提高了注水管網(wǎng)效率。

2.3 注水井改造

2.3.1 改造方案

安塞油田注水井目前存在的問(wèn)題主要有兩個(gè)方面，在改造過(guò)程中針對(duì)不同方面提出了相應(yīng)的改造措施。

（1）對(duì)腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重的注水井口裝置進(jìn)行更換或維護(hù)。安塞油田有很多注水井口裝置，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，其閥門(mén)、管道腐蝕嚴(yán)重，經(jīng)多次維修仍不能正常工作。針對(duì)這些井口將注采出水的普通井口更換為防腐型注水井口裝置，注清水的更換為普通注水井井口裝置，共更換250套；對(duì)100套閥門(mén)、鋼圈等配件損壞且注清水的注水井口裝置進(jìn)行維護(hù)。

（2）局部注水井口增壓。安塞油田有些區(qū)塊存在個(gè)別注水井井口壓力較高的現(xiàn)象，此類(lèi)注水井（見(jiàn)表2）距離注水站較遠(yuǎn)且注水井口壓力較高，迫使各注水站高壓運(yùn)行，造成其他注水井閥組節(jié)流損失較大，注水系統(tǒng)單耗較高。可對(duì)此井組實(shí)施井口增壓，即在井場(chǎng)建小型增壓裝置 （規(guī)模30 m3/d或50 m3/d），實(shí)施增壓注水后，可使所在配水間壓力降低1.0～2.0 MPa。

2.3.2 實(shí)施效果

通過(guò)上述改造，減少了壓降損失，節(jié)約電量約34.05萬(wàn)kW·h/a，減少了能耗，提高了注水管網(wǎng)效率。

2.4 注水管道改造

2.4.1 改造方案

長(zhǎng)慶油田自1970年開(kāi)發(fā)以來(lái)，經(jīng)多年滾動(dòng)開(kāi)發(fā)，新增注水井直接插接到已建注水干線上，造成注水干線超負(fù)荷運(yùn)行，增加了注水干線壓降損失。如安塞油田站外系統(tǒng)部分注水管道建于20世紀(jì)90年代，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，管道負(fù)荷增加，且腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，減小了注水管道的有效過(guò)流段面，增加了注水管道的壓降損失，嚴(yán)重影響了注水系統(tǒng)效率。

表2 壓力較高的注水井口

針對(duì)壓降損失較大且承壓能力減小的注水管道，2010年進(jìn)行了改造，見(jiàn)表3。

表3 注水管道改造一覽

2.4.2 實(shí)施效果

通過(guò)注水管道改造，有效降低了注水干線壓降損失，提高了注水管網(wǎng)注水效率，節(jié)約電量約333.92萬(wàn) kW·h/a。

3 整體實(shí)施效果

2010年通過(guò)對(duì)安塞油田注水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行和改造，大大提高了注水系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并降低了能耗，使其注水系統(tǒng)單耗平均值降低至5.29 kW·h/m3（注水泵機(jī)組能耗平均值為0.410（kW·h/m3） ·MPa、 注 水 系 統(tǒng) 用 電 單 耗0.565（kW·h/m3） ·MPa）， 滿足了規(guī)范的要求。

安塞油田注水系統(tǒng)節(jié)能改造的成功經(jīng)驗(yàn)，目前已在吳420等區(qū)塊注水系統(tǒng)節(jié)能改造開(kāi)發(fā)中得到了應(yīng)用，具有良好的推廣和應(yīng)用前景。

[1]GB 50391-2006，油田注水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].