油田注水系統(tǒng)降低能耗對策研究

王吉福 畢晶晶 陳新偉 卓世虎 姜軍（中國石油塔里木油田分公司）

油田注水系統(tǒng)降低能耗對策研究

王吉福 畢晶晶 陳新偉 卓世虎 姜軍（中國石油塔里木油田分公司）

某油田注水站注水泵管泵壓差4.5 MPa，注水泵單耗14.84 kWh/m3，標耗1.14 kWh/（m3·MPa），注水系統(tǒng)效率僅23.07%，注水能耗及效率都遠小于國內平均水平。通過計算該油田注水系統(tǒng)能耗，分析注水高能耗原因，提出了注水泵變頻改造、更換小排量注水泵、優(yōu)化注水管網(wǎng)等對策。實施這些措施可使注水能耗降低約24.56%，注水系統(tǒng)效率增加約30.56%，為油田降低注水系統(tǒng)機泵運行能耗和提高注水系統(tǒng)效率提供了借鑒。

油田注水單耗標耗注水效率能耗對策

1 注水系統(tǒng)概況

1.1污水處理現(xiàn)狀

聯(lián)合站日接收污水約4200 m3，現(xiàn)共有兩套污水處理裝置，單套污水處理量約2800 m3/d，目前運行兩套污水處理裝置，處理量4200 m3/d（圖1）。

圖1 聯(lián)合站污水來源示意圖

聯(lián)合站注水系統(tǒng)有離心式注水泵5臺，功率1250 kW，揚程為2160 m，其中1臺排量100 m3/h，另外4臺排量120 m3/h。單臺注水泵供水能力2400～2750 m3/d。目前聯(lián)合站兩臺注水泵工頻運行，出口壓力為23 MPa，單臺注水泵實際注水量約1900 m3/d。

1.2注水現(xiàn)狀

注水系統(tǒng)有兩條注水干線，實際運行壓力18.5 MPa。1#干線負責7口注水井和3口污水回灌井，注水和回灌量約2300 m3/d，2#干線負責3口注水井和2口污水回灌井，注水和回灌量約1500 m3/d。地質注水井配注量1000 m3/d，實際注水約800 m3/d，污水回灌井合計回灌量約3000 m3/d。

部分注水井和回灌井參數(shù)見表1。

2 注水系統(tǒng)能耗計算

1）注水泵輸入、輸出功率計算：

輸入功率按以下公式計算：

N1=W/H

式中：N1為單臺注水泵輸入功率，kW；W為注水泵用電量，kWh；H為泵的運行時間，h。

輸出功率按以下公式計算：

N2=（P1-P2）G/3.6

式中：N2為單臺注水泵的輸出功率，kW；P1為注水泵出口壓力，MPa；P2為注水泵進口壓力，MPa；G為注水泵的流量，m3/h。

注水泵機組平均效率[1]=（∑N2/∑N1）×100%

2）注水系統(tǒng)單耗和標耗計算：

平均井口油壓=∑（單井井口油壓×單井注水量）/∑單井注水量

注水系統(tǒng)單耗[1]=注水系統(tǒng)總耗電量/總注水量

注水系統(tǒng)標耗[1]=注水系統(tǒng)單耗/平均井口油壓

3）注水系統(tǒng)效率計算：

注水系統(tǒng)效率[1]=[（平均井口油壓×∑單井注水量-注水泵進口平均壓力×∑單個注水泵進口流量）/（3.6×∑單個注水泵電動機輸入功率）]× 100%

3 注水系統(tǒng)高能耗原因分析

經(jīng)計算，注水系統(tǒng)平均注水泵效43.6%，注水單耗14.84 kWh/m3，注水標耗1.14 kWh/（m3·MPa），注水系統(tǒng)效率23.07%。

表1 部分注水井和回灌井運行參數(shù)

分析注水系統(tǒng)高能耗原因如下：

1）聯(lián)合站注水泵額定功率1250 kW、額定排量120 m3/h，工頻運行。聯(lián)合站日處理污水約4200 m3，注水井日配注量1000 m3。因此，如果啟運1臺注水泵則無法滿足全部污水回注或回灌要求；如果啟運2臺注水泵則出現(xiàn)注水泵給水量不足，需要頻繁啟停1臺注水泵現(xiàn)象，注水泵運行工況與現(xiàn)實要求不匹配。

2）由于不同時期油田開發(fā)配注量的調整以及洗井等原因，使油層注入壓力和注入量處于變化中。為了適應注水量變化的需求，一般通過人工調整注水泵運行數(shù)量和調節(jié)注水泵出口閥門開度來控制流量，注水泵出口壓力為23 MPa，而干線壓力為18.5 MPa，因此注水泵機組在嚴重節(jié)流狀態(tài)下運行，使得注水泵運行偏離了高效區(qū)，且閥門處于節(jié)流狀態(tài)加快了閥門的沖蝕。根據(jù)注水系統(tǒng)單耗計算公式，當注水泵的排出量減少，而耗電量不變的情況下，必然造成能耗的升高。

3）注水井和回灌井共用注水管網(wǎng)，井口注水壓力差別大。油田開發(fā)初期產(chǎn)水量小，沒有污水回灌情況。隨著油田開發(fā)程度的不斷深入，綜合含水率上升，產(chǎn)水量遠大于注水需求，為了保護環(huán)境需消耗多余的污水，因而增加污水回灌井。由于塔中四油田地處偏遠，為降低成本，將污水回灌管網(wǎng)直接串接在注水管網(wǎng)上，使得注水井和回灌井共用一套注水管網(wǎng)。注水井井口注水壓力高，回灌井井口回灌壓力低，注水與回灌壓差約8 MPa，綜合計算注水系統(tǒng)平均注水油壓低。根據(jù)注水系統(tǒng)標耗和效率計算公式，當注水系統(tǒng)井口平均油壓降低時，注水系統(tǒng)標耗升高、效率下降。

4 降低注水能耗對策

通過原因分析可知，要降低注水系統(tǒng)能耗，主要應從以下三方面入手：注水泵要適應目前的運行工況；減少管泵壓差；提高平均井口注水壓力，保證注水系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

4.1注水泵變頻改造

為了適應目前的運行工況，改變啟運2臺注水泵工頻運行不節(jié)能的局面，考慮對注水泵進行變頻改造。變頻器是通過參數(shù)調節(jié)改變頻率，從而改變泵的轉速來控制泵排量，離心泵的轉速改變帶來的功率消耗是原轉速情況下的立方比關系，所以可以降低大量能量消耗。聯(lián)合站5臺注水泵，選擇其中2臺泵實施變頻改造，根據(jù)注水量需求組合變頻泵與工頻泵啟運數(shù)量，可滿足不同注水工況下的注水量要求，降低了能耗。

4.2更換小排量注水泵

目前油田注水量約4000 m3/d（170 m3/h），預測未來5～10年內不會有大的變化，因此，更換2臺注水泵（額定排量為60 m3/h）可滿足正常注水需求，避免因閥門節(jié)流而增大注水泵管壓差。

4.3優(yōu)化注水管網(wǎng)

塔中油田已建立了完整的注水井洗井水回收管網(wǎng)，所有注水井、回灌井均有洗井流程將洗井水全部回收到聯(lián)合站污水蒸發(fā)池。經(jīng)過工藝流程改造，利用洗井管網(wǎng)低壓輸水至污水回灌井井口，再通過井口增壓進行污水回灌，實現(xiàn)注水和回灌分離，同時滿足注水井洗井需求。

塔中油田注水井井口平均油壓17.2 MPa，回灌井井口平均油壓9.3 MPa，整個注水系統(tǒng)平均井口注水壓力12.03 MPa。因此，如果將注水井與回灌井分開注水，則注水系統(tǒng)平均井口壓力將增大約5.17 MPa。根據(jù)能耗計算公式可計算得出注水標耗將降至0.86 kWh/（m3·MPa），注水系統(tǒng)效率將增加到30.12%。與目前現(xiàn)狀相比，注水能耗減少約24.56%，注水系統(tǒng)效率增加約30.56%。

[1]徐秀芬,梁士軍,王學文,等.SY/T5264—2012油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法.北京:石油工業(yè)出版社, 2013.

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.012.005

2014-08-12）

王吉福，2011年畢業(yè)于中國石油大學（華東），主要從事油田注水管理工作，E-mail：iamuping@163.com，地址：新疆庫爾勒塔指小區(qū)塔中勘探開發(fā)項目經(jīng)理部塔中作業(yè)區(qū)，841000。