WD區(qū)塊注水管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)研究

王飛 唐金成

【摘 要】注水系統(tǒng)是油田開發(fā)中非常關(guān)鍵的一部分。針對系統(tǒng)效率低、管網(wǎng)末端管損大，油壓差值大、爭水嚴(yán)重等問題，論文綜合分析了地形條件、注水管徑、注水半徑、干線水量的分布以及管道局部壓力損失等對系統(tǒng)效率的影響，采用分級優(yōu)化理論進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了敷設(shè)注水復(fù)線、管網(wǎng)優(yōu)化、分壓注水改造等方案，為管網(wǎng)布局設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理和生產(chǎn)決策提供科學(xué)的依據(jù)和指導(dǎo)。

【Abstract】Water injection system is a key part of oilfield development. Aiming at the problems of low system efficiency， large pipe loss at the end of pipeline network， large oil pressure difference and serious water contention， this paper comprehensive analyzes the effects of topographic conditions， water injection diameter， water injection radius， water distribution of main line and local pressure loss of pipeline on system efficiency， adopts the theory of hierarchical optimization to optimize the design， and puts forward such schemes as laying double water injection line， pipe network optimization， and partial pressure water injection renovation， so as to provide scientific basis and guidance for the layout design， operation management and production decision-making of the pipe network.

【關(guān)鍵詞】管損;分級優(yōu)化;節(jié)能降耗

【Keywords】pipe loss; hierarchical optimization; energy saving

【中圖分類號】TE357? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）05-0147-02

1 WD區(qū)塊注水基本概況

WD采油作業(yè)區(qū)位于陜西省吳起縣境內(nèi)，地處鄂爾多斯盆地西部，海拔在1233～1809米，地貌屬黃土高原梁狀丘陵溝壑區(qū)，地形條件復(fù)雜。

2 WD區(qū)塊注水存在的問題

①隨著產(chǎn)建滾動(dòng)開發(fā)，未配套建設(shè)合理注水系統(tǒng)，依靠原有系統(tǒng)，導(dǎo)致分支變多，管網(wǎng)復(fù)雜。

②路徑曲折迂回，里程長，壓損大。

③各油藏注水井混系統(tǒng)注水，注水油壓差值大，爭水問題嚴(yán)重，儀表損耗速度較快。

3 注水管網(wǎng)的優(yōu)化分析

根據(jù)分級優(yōu)化的策略，將注水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題分為中間站（包括注水站和配水閥組）站址的優(yōu)化、注水管網(wǎng)的布局優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化三個(gè)子問題。對每個(gè)子問題建立相應(yīng)的模型，并采用有效的方法求解。注水管網(wǎng)屬于二級管網(wǎng)，注水泵站以及注水井口都可以與管網(wǎng)連接。因此要對管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)先處理。可以用多級目標(biāo)的優(yōu)化方式，將注水管網(wǎng)視為一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)。同時(shí)，注水泵站是其中源點(diǎn)，而注水井口本身也是可以看成是諸多的井口，這樣就要將每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，形成樹狀。

4 注水管網(wǎng)的優(yōu)化技術(shù)

4.1 基于能量利用率分析的分壓注水改造技術(shù)

4.1.1 管網(wǎng)系統(tǒng)用能情況

拋開注水系統(tǒng)能量理論計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際得出：泵是為將原動(dòng)機(jī)所做的功轉(zhuǎn)換成被輸送流體壓力和流體的動(dòng)能，所以提出單位水量所具有能量的概念，計(jì)算注水站分水器干線出口及閥組前后能量[1]。

4.1.2 實(shí)例分析

選取T5注的2#干線與T7注1#干線進(jìn)行對比，T5注2#干線為樹形拓?fù)涔芫W(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)，T5注2#干線所轄井平均注水壓差在2.0MPa以內(nèi);T7注1#干線為環(huán)形拓?fù)涔芫W(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)，T7注1#干線所轄井平均注水壓差在3.0MPa左右。

計(jì)算系統(tǒng)能量后：相對T7注1#干線注水系統(tǒng)效率，T5注2#干線注水系統(tǒng)能量利用率較高。在總能量損失中，注水井控制閥能量損失占50.8%，管網(wǎng)能量損失占11.56%。能量損失主要環(huán)節(jié)井口控制閥，次之為管網(wǎng)形態(tài)。因此，降低注水系統(tǒng)能耗，關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于降低注水井控制閥壓損及管網(wǎng)形態(tài)。

4.2 基于干線水量分布的管徑優(yōu)化技術(shù)

4.2.1 管損與管徑關(guān)系分析

注水量對注水管網(wǎng)管損影響比較大，從管損計(jì)算公式可以看出，注水管網(wǎng)管損h與注水量Q的2次方成正比，注水量越大，管網(wǎng)管損越大。

h∝△Q2

式中，Q為干線的注水量（m3/d）。

注水量的分布情況是由注水站的選址位置決定的，注水站選址必須考慮的因素有區(qū)域注水井的分布，同時(shí)，針對管徑受限的管網(wǎng)，可升級管線，或者鋪設(shè)輔線來解決問題[2]。

4.2.2 實(shí)例效果分析

T5注4#干線改造前為？準(zhǔn)76無縫鋼管，轄注水井42口，干線配注量765m3/d，管損4.5MPa，通過對T5注水系統(tǒng)4#干線鋪設(shè)輔線改造，注水管網(wǎng)管損平均降低了3.5MPa，效果顯著。

T8注W16-28干線改造前為？準(zhǔn)76無縫鋼管，轄注水井32口，干線配注量542m3/d，管損3.5MPa，通過對T8注水系統(tǒng)W16-28干線鋪設(shè)輔線改造，注水管網(wǎng)管損平均降低了3.0MPa，效果顯著。

5 認(rèn)識(shí)及建議

5.1 認(rèn)識(shí)

①注水系統(tǒng)關(guān)系到采油效率的高低，在油田的實(shí)際生產(chǎn)中注水系統(tǒng)承擔(dān)著非常關(guān)鍵的作用，當(dāng)下油田生產(chǎn)面臨著諸多的社會(huì)壓力，要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率以及質(zhì)量的提升，就要在各方面進(jìn)行優(yōu)化，地面注水是其中的重點(diǎn)與關(guān)鍵部分。

②以注水系統(tǒng)能量利用率最高、管理難度最低原則，注水管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中以樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為最優(yōu)。

③在機(jī)泵效率提高有一定限度的情況下，注水節(jié)能主要是解決配水間與井口壓差過大的問題。

④注水管線鋪設(shè)時(shí)，需充分考慮所轄片區(qū)注水井水量大小。

5.2 建議

①注水系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，需統(tǒng)一規(guī)劃部署，同時(shí)兼顧原系統(tǒng)優(yōu)化，避免簡單插接。

②鋪設(shè)注水干線時(shí)，以樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為主，盡量避免干線串接。

③建設(shè)、優(yōu)化注水管網(wǎng)時(shí)，可考慮按油藏或注水壓力相近原則規(guī)劃管網(wǎng)系統(tǒng)，避免井間注水壓差大而造成的能量損失。

④因滾動(dòng)開發(fā)造成的干線負(fù)荷增大，干線水量分布超過管徑最大通過水量時(shí)，需相應(yīng)的升級對應(yīng)管段管線或鋪設(shè)輔線。

【參考文獻(xiàn)】

【1】徐國棟，梁政.氣田集輸管網(wǎng)布局優(yōu)化研究[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2004，15（6）：18-21.

【2】邱繼英.油田注水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].油氣田地面工程，2000，19（2）：10-11.