姬塬油田注水系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能措施

梁桂海，周學(xué)軍，王海軍，程雪濤，馬冬寧

中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心 （陜西 西安 710018）

姬塬油田位于陜西省定邊縣，開發(fā)油藏層系為侏羅系延安組和三疊系延長組，年產(chǎn)油量達(dá)到300×104t以上。截至 2014年底，共有注水站 41座，注水泵127臺。注水井開井1 490口，日注水31 000m3，分注井562口，其中，注清水井 1 168口，日注水25 100m3，采出水回注井322口，日注水5 900m3。

2013年，對姬塬油田的18個注水系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)測，包括注水泵34臺，注水閥組242座，注水井637口。監(jiān)測結(jié)果表明，注水泵機(jī)組效率平均值76.27%，監(jiān)測指標(biāo)合格率85.3%；注水泵拖動電機(jī)功率因數(shù)平均值0.854，合格率61.8%；注水系統(tǒng)能量利用率平均值51.19%，合格率61.1%，注水系統(tǒng)綜合合格率27.8%。注水系統(tǒng)監(jiān)測評價結(jié)果見表1。

站內(nèi)管線損失率平均值0.72%，站內(nèi)回流損失率平均值5.65%，注水管網(wǎng)損失率平均值18.86%（其中，注水閥組損失率平均值13.46%，注水管線損失率平均值5.40%），單位注水量電耗平均值7.20kW·h/m3。注水系統(tǒng)能量利用率及損失率數(shù)據(jù)詳見表2。

1 注水系統(tǒng)能耗分析

通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，姬塬油田注水單耗偏高，注水系統(tǒng)綜合合格率較低，影響注水系統(tǒng)效率的主要因素是注水閥組損失、回流損失和注水管線損失。

1.1 注水壓力差異大，注水閥組損失率大

為滿足少數(shù)高壓井的注水需求，注水站高壓運(yùn)行，造成大量注水井閥組節(jié)流壓差大，注水能耗高。監(jiān)測18個注水站，注水閥組損失率平均值達(dá)到13.46%，姬28轉(zhuǎn)的注水閥組損失率高達(dá)29.08%，成為影響注水系統(tǒng)效率的主要因素。姬28轉(zhuǎn)安裝3臺注水泵機(jī)組，正常開2臺注水泵注清水，下游注水閥組28座，注水井開井69口，注水井配注量1 587m3/d。注水系統(tǒng)能量利用率47.89%，低于72%的監(jiān)測限定值，單位注水量電耗為6.43kW·h/m3，壓力傳遞及損失情況見表3。

表1 姬塬油田注水系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測評價結(jié)果匯總表

表2 姬塬油田注水系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

姬28轉(zhuǎn)注水系統(tǒng)注水閥組壓力損失6.81MPa，占全部壓力損失的82.5%，主要原因是系統(tǒng)中壓力較低注水井?dāng)?shù)量偏多，壓力低于12MPa井?dāng)?shù)50口，占實注井?dāng)?shù)的74.6%。

1.2 參數(shù)不匹配，站內(nèi)回流損失率大

經(jīng)過不斷配套完善，在監(jiān)測的18個站點中，有9個站點消除了回流現(xiàn)象，但仍有3個站點站內(nèi)回流損失率達(dá)到20%以上。造成站內(nèi)回流損失大的原因有以下幾點：

1）個別站點注水泵排量遠(yuǎn)大于實際注水量。姬五注水站注采出水，考慮后期注水規(guī)模，安裝3臺注水泵，理論排量28.3m3/h，配套變頻裝置1臺，下游注水閥組4座，實際注水井9口，配注量165m3/d。正常注水運(yùn)行1臺注水泵，運(yùn)行頻率30.3Hz，實測排量14.19m3/h，注水站出口流量7.01m3/h，站內(nèi)回流量7.18m3/h。姬五注水站輸入功率84.36kW，回流功率損失31.43kW，站內(nèi)回流損失率37.26%，姬五注水站注水單耗11.94 kW·h/m3。

2）安裝變頻裝置的系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者運(yùn)行狀態(tài)不合理。姬16轉(zhuǎn)注水站安裝4臺注水泵，單泵理論排量27m3/h，3#泵、4#泵配套變頻裝置，下游閥組16座，注水井開井36口，配注量810m3/d。該系統(tǒng)正常運(yùn)行2臺注水泵，2#注水泵機(jī)組工頻運(yùn)行，實測排量24.43m3/h，3#注水泵機(jī)組配套變頻裝置，工作頻率47.8Hz，實測排量19.55m3/h，注水站平均出口流量30.72m3/h，站內(nèi)回流量13.26m3/h。姬16轉(zhuǎn)注水系統(tǒng)輸入功率298.46kW，注水站回流功率損失69.21kW，站內(nèi)回流損失率23.2%。主要原因是變頻裝置頻率人工調(diào)整不到位，回流閥關(guān)閉易出現(xiàn)壓力過高而自動保護(hù)停泵。

表3 姬28轉(zhuǎn)注水系統(tǒng)壓力損失計算結(jié)果

1.3 注水管線壓力損失大

監(jiān)測的18個注水站，注水管線損失率平均值達(dá)到5.4%，姬三注注水管線損失率達(dá)到10.13%。造成注水管線壓力損失大的原因有以下幾點：

1）注水半徑大，導(dǎo)致注水管線壓力損失大，部分注水井因注水壓力低達(dá)不到配注。姬三注水站下游注水閥組22座，注水井開井53口，配注量1 681 m3/d。注水站出站注水壓力18.83MPa；塬106-33閥組分壓為15.68MPa，注水干線長度7.0km，壓力損失達(dá)4.34MPa，壓力損失大。

2）隨著區(qū)塊產(chǎn)建的不斷擴(kuò)邊，新增注水閥組支線從就近注水管線上續(xù)接，沿程阻力增大，注水支線末端注水壓力下降較大。姬28轉(zhuǎn)注水系統(tǒng)出站壓力19.3 MPa；成60-10閥組距離注水站5.0km，注水支線管線內(nèi)徑60mm，流量10m3/h，分壓15.86MPa，壓力損失達(dá)到3.44MPa。

3）注采出水的系統(tǒng)，由于采出水中機(jī)械雜質(zhì)含量較高附著在管線內(nèi)壁或注水系統(tǒng)地面管網(wǎng)結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致管線管徑縮小，局部或沿程阻力增大，注水系統(tǒng)末端壓力低。姬20轉(zhuǎn)注采出水系統(tǒng)出站壓力19.02MPa；塬123-29閥組距離注水站僅0.4km，分壓17.29MPa，壓力損失達(dá)到1.47MPa。

2 節(jié)能措施

結(jié)合注水系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測數(shù)據(jù)，可對注水能耗大、閥組壓力損失大、回流量大的部分注水系統(tǒng)通過局部增壓及降壓增注技術(shù)、變頻技術(shù)、管網(wǎng)優(yōu)化等可以有效的對損失因素進(jìn)行控制，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的[1-5]。

1）針對各注水井所需注水壓力差異大的現(xiàn)狀，需對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，對高壓井、低壓井進(jìn)行分區(qū)域、閥組統(tǒng)計，結(jié)合現(xiàn)場實際情況對姬28轉(zhuǎn)注水系統(tǒng)進(jìn)行局部增壓、降壓增注或流程優(yōu)化，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2）對注水泵進(jìn)行恒壓控制改造，消除或減少回流。恒壓注水變頻自動控制裝置根據(jù)實際配注量自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制泵的實際排量，進(jìn)而將外輸壓力調(diào)整至設(shè)定值，不需人工實時調(diào)整變頻器頻率，消除回流，實現(xiàn)恒壓注水。對姬五注配套1臺小排量注水泵，與大泵配合注水，適應(yīng)油田中后期產(chǎn)水量增加的需求。

3）對壓力損失大的干線清管除垢，減少壓力損失。注采出水的系統(tǒng)，管線易結(jié)垢，導(dǎo)致下游注水井欠注。由于注水管線內(nèi)徑變小，沿程阻力損失和局部阻力損失增大，制約了管線的供水能力，在局部增壓措施不能取得預(yù)期效果的情況下，可考慮管線清管除垢。

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