注采輸一體化能效提升工程在勝利油田中實(shí)施

宋鑫 宋泓霖 劉杰 朱培海（中國(guó)石化勝利油田分公司）

1 項(xiàng)目概況

勝利油田經(jīng)過(guò)50余年的開(kāi)發(fā)建設(shè)，大部分主力油田進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)階段。隨著含水上升，能耗總量和強(qiáng)度呈逐年上升趨勢(shì)，如何降低老油田生產(chǎn)能耗，提高生產(chǎn)效益，實(shí)現(xiàn)綠色低碳開(kāi)發(fā)，成為亟須解決的難題。

油田原油生產(chǎn)涵蓋油藏、機(jī)采、集輸、注水、電力等多個(gè)系統(tǒng)，涉及地質(zhì)、工藝、注采、生產(chǎn)等多個(gè)部門，其能耗占分公司總能耗的90%以上。以往針對(duì)某一系統(tǒng)“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”，某個(gè)專業(yè)單一作戰(zhàn)、某項(xiàng)單一技術(shù)推廣的方式，已滿足不了油田節(jié)能降碳的需求。為此，于2015年提出了開(kāi)展“注采結(jié)構(gòu)調(diào)整實(shí)現(xiàn)節(jié)能”的理念，同時(shí)選取孤東油田四區(qū)3-4和勝坨油田二區(qū)沙二9-10兩個(gè)單元，開(kāi)展注采結(jié)構(gòu)一體化調(diào)整節(jié)能先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)[1]。針對(duì)單元存在的注采不均衡、噸油能耗差異大、機(jī)采系統(tǒng)效率低等主要矛盾，配套實(shí)施注水、采油工藝調(diào)整，達(dá)到了控水穩(wěn)油、減緩遞減的目的。實(shí)施注采優(yōu)化51井次，減少無(wú)效產(chǎn)液量616 t/d，縮減無(wú)效注水量480 m3/d，增油3.6 t/d。投入資金713萬(wàn)元，年節(jié)能效益185.3萬(wàn)元，靜態(tài)投資回收期3.8年。

在此基礎(chǔ)上，于2016年創(chuàng)新建立了“以聯(lián)合站為中心、油藏為龍頭”的節(jié)能理念，按照“地下優(yōu)先、井筒優(yōu)化、地面配套”的思路，在孤東油田東三聯(lián)區(qū)域?qū)嵤┝俗⒉奢斠惑w化能效提升工程。對(duì)油藏進(jìn)行產(chǎn)液、注水結(jié)構(gòu)調(diào)整，限制無(wú)效低效產(chǎn)液，增加有效高效產(chǎn)液。根據(jù)油藏需求，實(shí)施井筒舉升、地面集輸、供電系統(tǒng)配套工藝能效優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)區(qū)域能效最大化的目標(biāo)。

孤東油田東三聯(lián)區(qū)域管轄油井561口、水井284口，日產(chǎn)液32 945 t，含水率達(dá)97.27%；區(qū)域年耗能量為17 404.76 t標(biāo)煤，區(qū)域噸油氣綜合能耗為55.6 kg標(biāo)煤。

2 存在問(wèn)題

2.1 區(qū)域

1）油井產(chǎn)出液平均含水率高達(dá)97.3%，其中含水率大于98%的液量占到60%，造成系統(tǒng)存在無(wú)效提液、無(wú)效循環(huán)、無(wú)效加熱、無(wú)效處理等問(wèn)題。

2）聯(lián)合站進(jìn)站液量壓力為0.43 MPa，區(qū)域內(nèi)單口油井增加揚(yáng)程20 m，年增加機(jī)采系統(tǒng)耗電量151.69×104kWh。

2.2 分系統(tǒng)

1）油藏系統(tǒng)。注采不均衡，高含水液量采液強(qiáng)度高、低含水液量采液強(qiáng)度低，存在低效無(wú)效提液、注水。

2）機(jī)采系統(tǒng)。部分油井系統(tǒng)效率低，有24%的油井系統(tǒng)效率低于30%。原因包括：地層能量不足，出砂導(dǎo)致水井欠注、油井低液；油井沉沒(méi)度大，造成泵的沖程損失增大；桿柱偏磨，能耗增加；電動(dòng)機(jī)負(fù)載率低，存在負(fù)荷不足現(xiàn)象。

3）集輸系統(tǒng)。三相分離器分水效果差，存在加熱爐為高含水液量加熱現(xiàn)象。東三聯(lián)區(qū)域主要為化學(xué)驅(qū)開(kāi)發(fā)，油品性質(zhì)偏差，站內(nèi)三相分離器破乳能力不足，原設(shè)計(jì)三相分離器原油出口含水率50%，實(shí)際出口含水率82%，從而導(dǎo)致了后續(xù)加熱系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷增加。

4）注水系統(tǒng)。因管線結(jié)垢導(dǎo)致壓降損失大。

3 技術(shù)路線

以油藏為龍頭，以聯(lián)合站為中心，以提高能效為目標(biāo)，對(duì)油藏進(jìn)行注采結(jié)構(gòu)調(diào)整，在保證產(chǎn)油量穩(wěn)定的前提下，降低高含水液量，增加低含水液量，減少進(jìn)入聯(lián)合站的處理液量，降低注入、提液和聯(lián)合站處理能耗。在此基礎(chǔ)上，對(duì)地面配套系統(tǒng)進(jìn)行工藝、技術(shù)或設(shè)備改造，提高整個(gè)系統(tǒng)的能源利用效率。

油藏系統(tǒng)主要是通過(guò)限提并舉、堵水、調(diào)配、解堵、調(diào)流線，提高注采對(duì)應(yīng)率，減少無(wú)效注水和提液，降低含水上升率。同時(shí)對(duì)油藏能量進(jìn)行分析，合理確定動(dòng)液面，降低注采液量能耗。

機(jī)采系統(tǒng)主要是通過(guò)運(yùn)用系統(tǒng)優(yōu)化軟件，實(shí)現(xiàn)地面拖動(dòng)系統(tǒng)與井下管、桿、泵系統(tǒng)抽吸參數(shù)的合理匹配。

注水系統(tǒng)主要是通過(guò)合理確定壓力等級(jí)，實(shí)施階梯泵組合，對(duì)泵機(jī)組、管網(wǎng)、配水間實(shí)施減少節(jié)流損失改造，達(dá)到提高注水系統(tǒng)效率、降低注水單耗的目的。

聯(lián)合站主要是通過(guò)改進(jìn)分水工藝，減少無(wú)效加熱，通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，提高加熱效率，降低油氣消耗。

4 節(jié)能技術(shù)

4.1 油藏調(diào)整

1)通過(guò)對(duì)注水—油藏—舉升系統(tǒng)能耗一體化優(yōu)化研究，確定油藏合理壓力保持水平、注采工藝參數(shù)等，確保能耗保持在較低水平[2]。

2）完善注采井網(wǎng)，對(duì)堵塞油井實(shí)施分類治理，應(yīng)用高滲透濾砂管[3]，優(yōu)化防砂提液；通過(guò)防砂增注、細(xì)分注水[4]，保持注采平衡，提高水驅(qū)儲(chǔ)量動(dòng)用程度及層段合格率。通過(guò)限液轉(zhuǎn)流線，控制無(wú)效產(chǎn)液量，提高非主流線區(qū)域的儲(chǔ)量動(dòng)用，提高單井產(chǎn)能；同時(shí)配套水井調(diào)配，減小無(wú)效注水。

4.2 機(jī)采系統(tǒng)優(yōu)化

對(duì)油藏、井筒、地面整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同模擬分析，通過(guò)優(yōu)化結(jié)果，采取地面設(shè)備配套、井下桿管優(yōu)化組合、抽汲參數(shù)調(diào)整等措施，實(shí)施舉升系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)機(jī)采技術(shù)降電[5]。

4.3 注水系統(tǒng)優(yōu)化

平衡區(qū)域內(nèi)各配水間注水負(fù)荷，降低壓力損耗。對(duì)壓力損失大、堵塞注水管線進(jìn)行除垢，降低壓力損耗[6]。

4.4 油井來(lái)液高效處理

1）高頻聚結(jié)分水技術(shù)。常規(guī)三相分離器無(wú)法滿足含聚采出液的脫水要求，出口含水率82%，造成升溫破乳環(huán)節(jié)無(wú)效熱負(fù)荷比例高達(dá)90%。勝利油田攻關(guān)研制高頻聚結(jié)裝置，其原理為：調(diào)整高頻脈沖的頻率和占空比（送電時(shí)間），使脈沖輸出時(shí)間小于短路擊穿時(shí)間，既可在電極間加較高電場(chǎng)又可避免短路擊穿，實(shí)現(xiàn)分離器內(nèi)部水滴聚結(jié)脫水。

2）油水界面自動(dòng)控制技術(shù)。配套應(yīng)用三相分離器油水界面自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)油水界面精準(zhǔn)控制，降低出口含水率2%～5%。

4.5 一體化能效提升綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)區(qū)域一體化能效提升技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能目標(biāo)，形成了一套涵蓋油藏、機(jī)采、聯(lián)合站、注水及節(jié)能降碳工作的指標(biāo)體系。主要指標(biāo)包括噸油氣綜合能耗、含水上升率、自然遞減率、注采對(duì)應(yīng)率、機(jī)采系統(tǒng)效率、噸液耗電單耗、注水系統(tǒng)效率、注水單耗、外輸含水、聯(lián)合站噸油氣處理單耗十項(xiàng)指標(biāo)。

5 措施工作量及效果

5.1 油藏系統(tǒng)

1）油井治理。實(shí)施油井限液轉(zhuǎn)流線27口井，水井調(diào)配25口；實(shí)施油井補(bǔ)孔8口，層間卡堵2口；實(shí)施油井防砂解堵、改造儲(chǔ)層提液13口；開(kāi)展常規(guī)低效井治理15口。

2）水井治理。做好注采井網(wǎng)完善工作，實(shí)施水井細(xì)分工作量2口，油井轉(zhuǎn)注1口；做好防砂解堵增注工作，實(shí)施防砂增注、水井防砂工作量8口；實(shí)施水井換管柱工作量14口。

通過(guò)對(duì)油藏實(shí)施產(chǎn)液注水結(jié)構(gòu)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)控水增油和不調(diào)整對(duì)比，油井開(kāi)井下降18口，日產(chǎn)液下降1 450 t，日產(chǎn)油增加5 t，含水率下降0.1%，水井開(kāi)井增加2口，日注水量減少1 000 m3，日減少電耗5 360 kWh。

5.2 機(jī)采系統(tǒng)

運(yùn)用機(jī)采系統(tǒng)能效提升優(yōu)化軟件，優(yōu)化油井324口，其中實(shí)施泵徑升級(jí)297口、上提泵掛23口、下調(diào)沖速19口。更新高效三相異步電動(dòng)機(jī)（YE3系列）65臺(tái)、永磁同步電動(dòng)機(jī)103臺(tái)，內(nèi)部?jī)?yōu)化調(diào)整電動(dòng)機(jī)42臺(tái)。

通過(guò)實(shí)施以上措施，系統(tǒng)效率由37.1%提升到41.42%，百米噸液?jiǎn)魏挠?.73 kWh下降到0.66 kWh。其中，324口油井實(shí)施優(yōu)化后，平均單井系統(tǒng)效率提高7.01%，輸入功率降低0.87 kW，平均泵掛上升140 m，百米噸液耗電降低0.052 kWh；油井、水井防砂，完成油藏提液增注工作量；更新電動(dòng)機(jī)168臺(tái)，年節(jié)電142.4×104kWh。

5.3 集輸系統(tǒng)

應(yīng)用高頻聚結(jié)裝置2套，油水分離后含水率由82%下降至30%，污水加熱負(fù)荷降低23%。配套采取實(shí)時(shí)控制、混輸降壓等措施，油井來(lái)液進(jìn)站壓力由原來(lái)的0.43 MPa降為0.2 MPa，油井井口回壓降低約20 m揚(yáng)程，節(jié)約用電量151.69×104k Wh/a。

5.4 注水系統(tǒng)

對(duì)油藏實(shí)施產(chǎn)液結(jié)構(gòu)調(diào)整，對(duì)應(yīng)水井日注水量減少1 050 t。對(duì)5條1 750 m注水管線進(jìn)行清管除垢，注水單耗降低0.1 kWh/m3。

5.5 總體效果

孤東油田東三聯(lián)區(qū)域經(jīng)過(guò)注采輸一體化能效提升改造，達(dá)到增油降水、節(jié)能提效的目的。油藏采出液含水率降低0.6個(gè)百分點(diǎn)，機(jī)采系統(tǒng)效率提高6.1個(gè)百分點(diǎn)，注水系統(tǒng)效率提升1個(gè)百分點(diǎn)，聯(lián)合站加熱功率下降2 030 kW，年增油1 320 t，年節(jié)電1 338×104k Wh，年節(jié)燃油230 t，折合效益1 139萬(wàn)元。噸油氣綜合能耗由55.6 kg標(biāo)煤降低到49.3 kg標(biāo)煤，節(jié)能率達(dá)13.1%。項(xiàng)目投入4 153萬(wàn)元，投資回收期3.64年。

2015年以來(lái)，勝利油田共實(shí)施一體化能效提升項(xiàng)目17項(xiàng)，投入資金1.2億元，累計(jì)節(jié)能1.5×104t標(biāo)煤，創(chuàng)效7 701萬(wàn)元，靜態(tài)投資回收期3.26年。其中：東三聯(lián)區(qū)域一體化能效提升工程榮獲國(guó)家節(jié)能“雙十佳”最佳節(jié)能實(shí)踐項(xiàng)目榮譽(yù)稱號(hào)；東二聯(lián)區(qū)域一體化能效提升工程獲國(guó)家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建項(xiàng)目。一體化項(xiàng)目實(shí)施，助力油田遏制能耗持續(xù)上升趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)能耗總量和強(qiáng)度四連降。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

以“聯(lián)合站為中心、油藏為龍頭”的注采輸一體化能效提升技術(shù)的推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)突破、兩個(gè)有利、一個(gè)戰(zhàn)略的目標(biāo)。三個(gè)突破，即突破了潛力分析的局限性，做到了分析問(wèn)題全面性；突破了專業(yè)“壁壘”，做到了多專業(yè)分工協(xié)作；突破了“木桶短板”效應(yīng)，做到了全過(guò)程、一體化節(jié)能降耗。兩個(gè)有利，即有利于新技術(shù)的集中應(yīng)用，發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)；有利于投入產(chǎn)出的科學(xué)評(píng)價(jià)，提高投資回報(bào)。一個(gè)戰(zhàn)略，即實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)同向、措施同步、難題同克的一體化節(jié)能戰(zhàn)略。該技術(shù)的推廣應(yīng)用對(duì)高含水老油田節(jié)能挖潛具有一定的借鑒意義。