海拔高度差對油田注水地面系統(tǒng)效率的影響分析

魏立軍 辛生會 唐宏 王林平 覃川

（1.長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.長慶油田分公司質(zhì)量安全環(huán)保部；3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室；4.長慶油田分公司第六采氣廠）

1 概述

注水系統(tǒng)是油田主要耗能系統(tǒng)之一，開展注水系統(tǒng)效率測試、影響因素分析工作對于油田節(jié)能意義重大。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1-3]，注水系統(tǒng)效率為注水系統(tǒng)輸出功率與注水系統(tǒng)輸入功率的比值。在注水系統(tǒng)輸入功率不變的情況下，井口壓力增加，系統(tǒng)效率就會增加，反之亦然。

以大慶油田為代表的東部油田，地勢平坦，注水站、注水井的海拔高度基本相同，所以不用考慮海拔高度差對壓力的影響，進(jìn)而對注水系統(tǒng)效率的影響，見圖1 中（b） 平面注水系統(tǒng)。但是以長慶油田為代表的西部油田，地勢起伏很大，注水站、注水井之間的海拔高度差很大，見圖1 中（a）地勢起伏注水系統(tǒng)。

圖1 地勢起伏注水系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為平面注水系統(tǒng)示意圖

把注水站所在的平面設(shè)定為基準(zhǔn)平面，把其它平面的壓力折算到基準(zhǔn)平面的壓力叫折算壓力[1-3]，圖1 中（a）地勢起伏注水系統(tǒng)注水站的海拔高度比注水井的海拔高度高，注水井井口壓力p就大于圖1 中（b）平面注水系統(tǒng)的折算壓力pc，這是因為注水井井口壓力p由兩部分轉(zhuǎn)化而來，一是注水站內(nèi)電動機(jī)的電能轉(zhuǎn)化成壓能，二是勢能轉(zhuǎn)化成壓能。直接用p計算系統(tǒng)效率，得到的結(jié)果就會偏大，因為一部分勢能轉(zhuǎn)化成壓能，為了評價注水系統(tǒng)本身的能源利用情況，就需要消除勢能的影響，把實測壓力p轉(zhuǎn)化成折算壓力pc，相當(dāng)于圖1 中把（a） 地勢起伏注水系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為（b） 平面注水系統(tǒng)[4]。并根據(jù)注水站和注水井的相對位置對注水系統(tǒng)進(jìn)行分類；分析了海拔高度差對幾類注水系統(tǒng)效率的影響趨勢。

2 凸形注水系統(tǒng)

凸形注水系統(tǒng)是指注水站建在山頂，注水井在山腰或山底，注水站比注水井平均海拔高度高的注水系統(tǒng)，凸形注水系統(tǒng)示意圖見圖2。

圖2 凸形注水系統(tǒng)示意圖

凸形注水系統(tǒng)的特點是注水井大都比注水站低，注水井井口壓力大于折算到基準(zhǔn)平面上的壓力，勢能轉(zhuǎn)化成井口的壓能，不考慮海拔高度差影響會導(dǎo)致注水系統(tǒng)效率偏高，海拔高度差越大，注水系統(tǒng)效率越大，典型注水系統(tǒng)是采油一廠杏六注。

杏六注注水站海拔高度1 514 m，所轄注水井平均海拔為1 374 m，在不考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算系統(tǒng)效率為55.92%；在考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算系統(tǒng)效率為47.18%，相比高了8.74 個百分點，杏六注系統(tǒng)效率柱狀圖見圖3。

圖3 杏六注系統(tǒng)效率柱狀圖

3 凹形注水系統(tǒng)

凹形注水系統(tǒng)是指注水站建在山底，注水井在山腰或山頂，注水站比注水井平均海拔高度低的注水系統(tǒng)，凹形注水系統(tǒng)示意圖見圖4。

凹形注水系統(tǒng)的特點是注水井大都比注水站高，注水井井口壓力小于折算到基準(zhǔn)平面上的壓力，注水站電動機(jī)提供的電能首先要克服勢能，余下的轉(zhuǎn)化成井口的壓能，不考慮海拔高度差影響會導(dǎo)致注水系統(tǒng)效率偏低，海拔高度差越大，注水系統(tǒng)效率越低，典型注水系統(tǒng)是采油一廠杏一注。

圖4 凹形注水系統(tǒng)示意圖

杏一注注水站海拔高度1 286 m，所轄注水井平均海拔為1 380 m，在不考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算注水系統(tǒng)效率為42.59%；在考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算注水系統(tǒng)效率為47.81%，相比低了5.22 個百分點，杏一注系統(tǒng)效率柱狀圖見圖5。

圖5 杏一注系統(tǒng)效率柱狀圖

4 交錯形注水系統(tǒng)

交錯形注水系統(tǒng)是指注水站建在山腰，注水井在山頂、山腰或山底，交錯分布，交錯形注水系統(tǒng)示意圖見圖6。交錯形注水系統(tǒng)的特點是部分注水井高于注水站，部分注水井低于注水站，注水站海拔高度與注水井平均海拔相比或高或低，沒有明顯規(guī)律，典型注水系統(tǒng)是采油一廠杏二注。杏二注注水站海拔高度1 443 m，所轄注水井平均海拔為1 440 m，在不考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算注水系統(tǒng)效率為45.37%；在考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算注水系統(tǒng)效率為44.78%，相差0.59 個百分點，杏二注系統(tǒng)效率柱狀圖見圖7。

5 平面形注水系統(tǒng)

平面形注水系統(tǒng)是指注水站、注水井都建在同一個平面內(nèi)，海拔高度基本相等，海拔高度差對注水系統(tǒng)效率基本沒有影響，東部平原油田都屬于這個類型。

圖6 交錯形注水系統(tǒng)示意圖

6 忽略海拔高度差影響的條件

在編制集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 1461—2012《油田注水地面系統(tǒng)能效測試與計算》的過程中，東部油田的代表提出給出忽略海拔高度差影響的條件，因為東部油田基本屬于平面形注水系統(tǒng)，海拔高度差對注水系統(tǒng)效率基本沒有影響，但集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，如果標(biāo)準(zhǔn)中不給出忽略條件，就要必須執(zhí)行，增加現(xiàn)場測試海拔高度和后期計算折算壓力的工作量。

考慮到標(biāo)準(zhǔn)中壓力、流量等測量儀器的準(zhǔn)確度都要求在1.5 級以上，設(shè)定注水系統(tǒng)效率差值小于1.5 個百分點的情況下可忽略海拔高度差的影響。

以采油二廠南一注為例，南一注海拔高度1 200 m，把所有注水井的海拔高度改為1 200 m（其余數(shù)據(jù)不變），計算得到注水系統(tǒng)效率為43.33%，采用試算法，當(dāng)所有注水井的海拔高度改為1 232 m 時，計算得到注水系統(tǒng)效率為44.83%，也就是說在海拔高度差為32 m 的時候，注水系統(tǒng)效率計算結(jié)果相差1.5 個百分點，所以集團(tuán)企標(biāo)中規(guī)定“對于海拔高度差小于30 m 的油田注水地面系統(tǒng)，可以不考慮海拔高度差的影響”[3]。

7 結(jié)論

1）長慶油田地勢起伏的特點決定了在計算注水系統(tǒng)效率的時候需要考慮海拔高度差的影響，杏一注的計算結(jié)果相差5.22 個百分點，杏六注的計算結(jié)果相差8.74 個百分點。

2）在不考慮海拔高度差的情況下，凸形注水系統(tǒng)會導(dǎo)致系統(tǒng)效率偏高；凹形注水系統(tǒng)會導(dǎo)致系統(tǒng)效率偏低；平面注水系統(tǒng)對系統(tǒng)效率基本沒有影響。

3）從提高注水系統(tǒng)效率的角度考慮注水系統(tǒng)布局，優(yōu)先考慮凸形注水系統(tǒng)，充分利用海拔高度差的影響，把勢能轉(zhuǎn)化為井口壓能；盡量避免凹形注水系統(tǒng)。

4）海拔高度差在30 m 以內(nèi)的油田可以忽略其影響，注水系統(tǒng)效率的計算結(jié)果小于1.5 個百分點。