淺析提高油田注水系統(tǒng)效率途徑

趙 琳，任志華，黨秀麗

(1.陜西省環(huán)境管理體系咨詢中心，陜西 西安 710054;2.長慶實業(yè)集團質(zhì)量安全環(huán)?？?，陜西 西安 710010)

注水是油田開發(fā)的重要技術(shù)措施之一，它有效地補充了地層的能量，對提高原油采收率，確保油田高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)起到了積極的作用。然而注水系統(tǒng)的耗電量巨大，注水系統(tǒng)的維護費用占油田開發(fā)成本的比例較大，約30%～40%。隨著油田綜合含水率的上升，注水能耗還將不斷上升。因此，提高注水系統(tǒng)效率、實現(xiàn)節(jié)能降耗具有重要的經(jīng)濟意義和實際意義。

油田注水系統(tǒng)主要由電機、注水泵、配水間、注水管網(wǎng)、注水井等組成。除了注入地層的有效能量外，注水系統(tǒng)能量還要消耗在電機、注水泵、調(diào)節(jié)閥、管網(wǎng)和井口等處，這些能耗一起構(gòu)成了注水系統(tǒng)的總能耗。

針對小河油田注水系統(tǒng)布局分散、效率低下等現(xiàn)狀，本文通過計算分析各注水站系統(tǒng)的注水泵、注水管網(wǎng)以及注水系統(tǒng)效率，給出了各注水站系統(tǒng)的能耗分析，提出對現(xiàn)有注水系統(tǒng)整合改造建議，從而提高注水系統(tǒng)效率，節(jié)約能耗，降低油田開發(fā)成本。

1 小河油田地面注水系統(tǒng)現(xiàn)狀

小河油田共有注水站共2座(楊53、楊16)，配水間6座(楊 58、楊 53、楊 55、楊 49、楊 16、楊 13)，注水井 26 口(實開25口，楊56-31停住)，總配注量為590 m3/d，實注量為588 m3/d。各注水站系統(tǒng)情況見表1，注水系統(tǒng)布局見圖1。

表1 小河油田各注水系統(tǒng)狀況

2 小河油田地面注水系統(tǒng)存在問題

油田地面注水系統(tǒng)是油田地面工程五大系統(tǒng)之一，在油田生產(chǎn)中具有十分重要的地位，而注水系統(tǒng)效率是一項反映油田注水系統(tǒng)地面工程綜合性的指標，注水系統(tǒng)效率的高低直接影響著原油生產(chǎn)成本的高低，在某種程度上對水驅(qū)效果也會產(chǎn)生很大的影響。

2.1 設備方面

注水泵配置與利用不合理。由表(1)可以看出小河油田楊16、楊53注水站均采用型號為ZB3125S-16.8/20的柱塞泵注水，注水泵運行實行“一運一備”工作制度，該泵理論排量為16.8 m3/h，泵出口壓力最高可達20 MPa。目前楊16注水站配注只有9.58 m3/h，楊53注水站配注卻已達到15 m3/h(基本已達到泵的理論排量)。注水泵配置與利用不合理，導致注水泵泵效偏低。

2.2 流程方面

1)注水系統(tǒng)注水管網(wǎng)整體布局不合理。由圖1和表1可以看出楊53注水系統(tǒng)注水半徑較大(4.6 km)，轄配水間6座，注水井15口;楊16注水系統(tǒng)注水半徑很小，轄配水間1座，注水井6口。這樣的布局使得楊53注水系統(tǒng)沿程能耗較大，為了保持注水井口壓力，則需要增大泵壓，繼而增大了電機輸入功率，從而導致系統(tǒng)能耗很大;

2)楊16注水泵配注量較小，將近有42.9%的高壓回流，因此損耗了大量的電能;

3)新增配注量主要依托已建系統(tǒng)，站外系統(tǒng)管線敷設較長，管線的沿程損失較大。

2.3 管理方面

注水系統(tǒng)分散不利于注水精細化管理。注水量變化受主觀因素影響較大，只能人工調(diào)節(jié)閥門來控制流量，注水系統(tǒng)壓力波動，會出現(xiàn)超注、欠注現(xiàn)象。

2.4 油田開發(fā)方面

隨著小河油田含水率的不斷上升，新區(qū)塊的不斷開發(fā)，注水需求會越來越大，對注水壓力的要求也會越來越嚴格和精細。2013年注水井措施計劃中，有4口井對水量進行上調(diào)，兩口井實施周期注水，一口井實施轉(zhuǎn)注，共計需上提注水量70 m3/d。

油田開發(fā)后期還要實施排狀注水等措施，對注水系統(tǒng)將提出更新、更高的要求。

3 小河油田地面注水系統(tǒng)改造形勢

目前小河油田已進入中高含水開發(fā)期，為保持油田穩(wěn)產(chǎn)，注水量將隨之增加，注水耗電量也隨含水率的上升而急劇增長，有研究表明當含水率超過70%時，注水系統(tǒng)用電將超過整個油田用電總量的40%。油田現(xiàn)有注水系統(tǒng)分散且布局不合理，注水系統(tǒng)效率較低、能量損耗較大。為提高油田注水系統(tǒng)效率，節(jié)約用電，實現(xiàn)注水集中管理，精細化管理，同時隨著注水新區(qū)塊的不斷開發(fā)、油田對注水需求會越來越高，對注水壓力的要求也會越來越嚴格和精細。因此，對小河油田現(xiàn)有注水系統(tǒng)進行改造、整合非常必要，也勢在必行。

注水系統(tǒng)效率指標的構(gòu)成要素中，由于電機效率變化幅度很小，為次要因素，因此注水系統(tǒng)的效率主要由注水泵效率和注水管網(wǎng)效率決定。

3.1 注水泵效率

在注水系統(tǒng)能量損失中，因泵效低而損失的能量很多，占總損能量的60%左右。因此，提高注水泵效是提高注水系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。

1)注水泵效率計算理論依據(jù)。

注水泵單機效率ηz可用流量法。

流量法

機泵單元輸出的能量可通過各機泵輸出的壓力表和流量計求出，輸入的能量為總電能。機泵效率的大小，反映了電機與注水泵的匹配情況和注水泵的性能。利用流量法計算注水泵效率的計算式為

2)注水泵效率理論計算結(jié)果。小河油田采用柱塞泵注水，主要有楊16、楊 55注水站的型號為 ZB3125S-16.8/20兩臺注水泵(注水泵 +電機)注水，各站泵的運行參數(shù)如表2:

將表2中數(shù)據(jù)和代入公式2，得到

楊16注水系統(tǒng):注水泵效率 η為54.66%;楊53注水系統(tǒng):注水泵效率 η為82.17%。

3.2 注水管網(wǎng)效率

對于一個封閉的注水單元，地面管網(wǎng)效率計算公式如下

理論計算:

分別計算小河油田楊16、楊53注水系統(tǒng)管網(wǎng)效率，各注水系統(tǒng)注水情況見表3、表4。

表2 各注水站注水泵運行參

表3 楊53注水站注水情況表

表4 楊16注水站注水情況

將表3、表4中數(shù)據(jù)代入公式(4)，得到:

(1)楊53注水管網(wǎng)系統(tǒng)效率65.4%;

(2)楊16注水管網(wǎng)系統(tǒng)效率72.11%。

3.3 注水系統(tǒng)效率分析

油田地面注水系統(tǒng)主要由注水站、注水管網(wǎng)、配水間、注水井口四大部分組成。注水系統(tǒng)效率是指油田地面注水系統(tǒng)范圍內(nèi)有效能與輸入能的比值。根據(jù)有關(guān)規(guī)定注水系統(tǒng)各部分效率值的要求見表5、表6。

表5 注水系統(tǒng)各部分效率要求

表6 小河油田各注水系統(tǒng)效率匯總

3.4 注水系統(tǒng)能耗計算

從能量傳遞角度講，注水的能量分為兩部分:

(1)經(jīng)管道傳遞到油層的有效能量。

(2)地面系統(tǒng)的能耗損失，即地面系統(tǒng)壓力損失。

油田注水系統(tǒng)能耗分析可細分為四部分:電機能耗、注水泵能耗、注水站一配水間能耗、配水間一注水井能耗。其中注水泵、注水站一配水間、配水間一注水井部分能耗為油田注水能耗中的主要能耗。

4 結(jié)語

由于2013年油田開發(fā)的調(diào)整，楊53注水系統(tǒng)增加注水量65 m3/d，而目前楊53注水站注水泵滿負荷運行，不能滿足2013年的注水要求，更換新泵不僅不實際，而且解決不了注水系統(tǒng)效率低、管理難度大的問題。因此，改造楊53注水站非常有意義，既能合理優(yōu)化注水井網(wǎng)，實現(xiàn)資源的合理分配，又能滿足油田注水開發(fā)的要求。楊53注水站施行集中注水后，使全區(qū)注水泵達到合理的分配，同時引進變頻電機后，提高了泵效，每年可節(jié)約電費15萬元，為企業(yè)帶來了實實在在的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

通過對小河油田地面注水系統(tǒng)現(xiàn)狀及效率分析，反映出小河油田注水系統(tǒng)分散;管理難度大;注水系統(tǒng)效率低、能耗大;注水泵配置與利用不合理等問題。其中注水系統(tǒng)布局不合理，與油田開發(fā)對注水要求之間的矛盾日益突出，而且考慮到隨著油田含水率的上升，對油田注水提出新的挑戰(zhàn)。因此對楊53、楊16注水系統(tǒng)進行整合改造，一方面:提高注水系統(tǒng)效率、降低注水能耗、實現(xiàn)注水精細化管理;另一方面為油田后期注水開發(fā)做好充實的準備，打好穩(wěn)固的基礎(chǔ)。進一步提升企業(yè)的生產(chǎn)和管理水平。

[1]楊永波，石磊.并聯(lián)注水泵的節(jié)能措施[J].石油化工設備.2009(10).

[2]張志軍.淺談提高注水系統(tǒng)效率[J].

[3]宋志強，盧剛，胡毅.提高注水系統(tǒng)效率方法初探[J].油氣田地面工程.2002(01).

[4]高江，鄭曉利，孫偉剛.注水泵變頻控制技術(shù)的應用[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊.2010(12).

[5]袁恩熙.工程流體力學.石油工業(yè)出版社.