提高注水系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗措施實(shí)施

田瑞華 李高峰 李世賢 高輝

摘 要：隨著油田進(jìn)入中后期開發(fā)，注水能耗逐漸加大。主要表現(xiàn)在：油田注水壓力不斷上升、同一油田區(qū)塊單井吸水壓力差異大、工藝設(shè)計(jì)能力與實(shí)際需求不匹配、注水管線結(jié)垢等，都直接導(dǎo)致系統(tǒng)能耗增加。

針對(duì)上述情況通過節(jié)能技術(shù)研究和試驗(yàn)，重點(diǎn)應(yīng)用了地面工藝高、低壓分注技術(shù)；注水泵變頻調(diào)速技術(shù)；管線除垢清洗技術(shù)等。取得了一定的節(jié)能效果，積累了一些成功的經(jīng)驗(yàn)，找到了適合不同油田注水工藝的節(jié)能技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：油田注水；工藝流程；注水能耗；節(jié)能技術(shù)

1 注水工藝流程現(xiàn)狀

一套注水壓力工藝流程：注水站出口（25.0MPa）→配水間（25.0MPa）→井口（25.0MPa）。

中間提壓注水工藝流程：注水站出口（25.0MPa）→配水間入口（25.0MPa）→配水間出口（35.0MPa）→井口（35.0MPa）。

2 注水系統(tǒng)存在問題

2.1 同一座注水站供注單井吸水壓力不均單井節(jié)流損耗高

為保證吸水壓力高的單井完成配注，注水站出站壓力必須高于最高單井吸水壓力。如河間東營(yíng)油田單井最高吸水壓力15.4MPa，最低吸水壓力3.3MPa，單井之間的節(jié)流壓差12.1MPa，但出站壓力必須在16.0MPa以上，造成注水能耗浪費(fèi)。

2.2 注水管線結(jié)垢嚴(yán)重壓力損失增大能耗提高

如高14井于2004年1月轉(zhuǎn)注回灌污水，其單井注水管線D114*13-4.2km，初期出站壓力2.0MPa，井口壓力0，注水能力1200m3/d。到2010年4月，出站壓力上升到11.68MPa，井口壓力3.0MPa，注水能力650m3/d，管線壓力損失達(dá)到8.68MPa，能耗大大增加。通過現(xiàn)場(chǎng)解剖管線發(fā)現(xiàn)，在距離站外1.8km以內(nèi)基本無垢，1.8km以后結(jié)垢逐漸嚴(yán)重，到井口附近結(jié)垢厚度達(dá)6mm以上。經(jīng)化驗(yàn)垢的主要成分為鐵垢，也就是水在管中流動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，二價(jià)鐵離子逐漸變成三價(jià)鐵離子沉淀在管壁中形成垢。

2.3 注水設(shè)備能力與實(shí)際需要不匹配造成無功功耗增加

如留17注水泵額定排量20m3/h，實(shí)際配注560m3/d。運(yùn)行1臺(tái)泵排量480m3/d，不能滿足實(shí)際注水需要，運(yùn)行2臺(tái)泵排量960m3/d，大于實(shí)際注水400m3/d。為滿足注水需要必須啟2臺(tái)泵，但其中400m3/d多余水量只能通過回流平衡，41%的能量做了無功損耗。

3 針對(duì)工藝能耗高采取的節(jié)能技術(shù)對(duì)策及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 針對(duì)吸水壓力不均，節(jié)流壓差大的注水系統(tǒng)采取高、低壓分注工藝

工藝原理：將注水泵出口工藝系統(tǒng)由1套分成2套。如河間油田河一聯(lián)注水站將原1套16.0MPa出口系統(tǒng)，分成25.0MPa和16.0MPa2套出口注水系統(tǒng)。25.0MPa注水系統(tǒng)供吸水壓力在14MPa以上的注水井，泵出口壓力根據(jù)需要控制在16.0MPa；16.0MPa注水系統(tǒng)供吸水壓力在6MPa以下的注水井，出口壓力控制在6.0MPa。這樣既滿足單井完成配注需要，又能減小節(jié)流壓差實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

2007～2014年，先后對(duì)6座注水站實(shí)施高低、壓分注工藝技術(shù)。低壓井一般為污水無效回灌井，啟泵敞注，不需控制泵出口排量，污水回灌到罐安全液位即可停泵。措施實(shí)施后節(jié)能效果十分明顯，以強(qiáng)一聯(lián)為例進(jìn)行效果對(duì)比。

3.2 針對(duì)管線結(jié)垢壓力損耗高采取管線除垢清洗技術(shù)

3.2.1 技術(shù)特點(diǎn)

3.2.1.1 清管器結(jié)構(gòu)獨(dú)特

不卡不堵微爆射流清管除垢。

清管器整體呈橄欖球狀，由疊壓式葉片組成；中部設(shè)計(jì)安裝了多級(jí)內(nèi)振系統(tǒng)和獨(dú)立的旋流通道；前端安裝了射流噴嘴。當(dāng)干線帶支線一起清洗時(shí)，清管器前方還連接一個(gè)牽引儀。

3.2.1.2 具備“冷殺菌”技術(shù)

清管器內(nèi)振腔產(chǎn)生的空泡在爆裂瞬間，還產(chǎn)生高達(dá)5000℃左右的“瞬時(shí)高溫”，能夠殺滅管道中的鐵細(xì)菌、腐生菌和硫酸鹽還原菌等微生物，這種物理殺菌技術(shù)又叫“冷殺菌”。

3.2.1.3 通過能力強(qiáng)

過彎管：球形清管器只有外圈一個(gè)圓與管壁接觸，所以最易通過彎管，即使是彎管的曲率半徑小于1D也能順利通過，且沒有數(shù)量限制。

過管線變形段：如果管線變徑、變形和金屬卡點(diǎn)不超過管線內(nèi)徑的1/5，清管器依靠自身結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，通過伸長(zhǎng)收縮能夠順利通過；如果管線變徑、變形和金屬卡點(diǎn)超過管線內(nèi)徑的1/5，清管器可以自行解體強(qiáng)行通過，散件最終全部到達(dá)管線尾端出口。

3.2.1.4 具備防堵技術(shù)

清管器前端噴射出的“微爆射流”將垢擊打成了粉末，沒有垢塊，所以清下來的垢不會(huì)堵住通道；清管器上設(shè)計(jì)安裝了獨(dú)立的旋流通道，液流會(huì)透過清管器，在前方形成龍卷風(fēng)式的強(qiáng)烈旋流，挾帶著清洗下來的垢末一同旋轉(zhuǎn)前行，直達(dá)排污口，垢末隨下隨走，不會(huì)堆積。

3.2.2 技術(shù)原理

主要采用“微爆射流”效應(yīng)進(jìn)行清垢。投入管道中的清管器，在水力的推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)行進(jìn)。水流自尾翼壓入內(nèi)振系統(tǒng)，猛烈收縮又急劇膨脹，反復(fù)振蕩，生成無數(shù)空泡，從噴嘴射出后，空泡猛然爆裂，出現(xiàn)密集的“微爆射流”?！拔⒈淞鳌睆?qiáng)力擊打管垢，清洗效果干凈徹底，沒有殘垢積留。

2011年11月，對(duì)高14井4.2km注水管線實(shí)施除垢清洗措施，措施后出站壓力由13.5 MPa降到5.7MPa，措施效果十分顯著。

3.3 針對(duì)注水泵出口排量不平衡打回流現(xiàn)象應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)

自2005年以來，完善全廠21座注水泵變頻調(diào)速技術(shù)。利用變頻調(diào)速技術(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速及注水泵柱塞運(yùn)行速度，從而達(dá)到控制泵出口排量，避免打回流。

技術(shù)原理：注水泵出口排量的控制是由變頻器通過變送器的回饋壓力值，與事先預(yù)設(shè)在變頻器中的壓力值？進(jìn)行比較，變頻器中的pid調(diào)節(jié)器自動(dòng)根據(jù)差值進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)控制變頻器變頻調(diào)速運(yùn)行；同時(shí)，變頻器的運(yùn)行參數(shù)通過內(nèi)部計(jì)算機(jī)接口可以隨時(shí)檢測(cè)和控制系統(tǒng)運(yùn)行壓力、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入/輸出電壓、輸入/輸出電流等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行。

采用變頻調(diào)速技術(shù)使注水泵出口壓力可高可低，排量可大可小。即：利用壓力閉環(huán)或流量？閉環(huán)控制注水的壓力或流量。將出站壓力設(shè)定為恒值，通過變頻技術(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)保證泵柱塞運(yùn)行頻率不變，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)泵出口流量。確保出站壓力及注水量恒定不變。

而泵出口閥門敞開，使泵的壓差減至為零。既節(jié)約了能耗，又減少了閥門的維護(hù)費(fèi)用。

通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，變頻系統(tǒng)運(yùn)行頻率控制在28～36HZ，節(jié)能效果最佳。

以路36注水站為例進(jìn)行效果對(duì)比。（圖4）

4 結(jié)語及建議

隨著油田的深入開發(fā)，注水是必不可少的重要開發(fā)手段，但其能耗也是不可忽視的問題。因注水壓力高，地面管網(wǎng)流程復(fù)雜，設(shè)備功率大，注水系統(tǒng)能耗占油田總能耗的40%～60%，因此節(jié)能潛力大。如可以對(duì)高、低壓井站歸類合并，進(jìn)行高、低壓分注工藝及采用節(jié)能電機(jī)技術(shù)等挖掘節(jié)能潛力。另外隨著清水資源的匱乏及水價(jià)提升，部分注清水站可以通過地面工藝調(diào)整改早注污水。如將其它站剩余污水通過增建調(diào)水干線調(diào)注污水，既減少污水無效回灌壓力，減少回灌費(fèi)用，又可節(jié)約清水資源。

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作者簡(jiǎn)介：田瑞華（1962-），女，河北高碑店人，華北石油第三采油廠工程技術(shù)研究所工程師，主要從事油田注水地面工藝技術(shù)管理工作。