關(guān)于“水源直供，一井一泵”注水模式的探討

李寧會(huì)（長慶油田分公司設(shè)備管理處）

1 現(xiàn)狀

目前，我國各油田注水地面系統(tǒng)均采用集中升壓方式[1-2]。在油田的適當(dāng)位置，建立注水站，內(nèi)置多臺(tái)高壓注水泵，經(jīng)過高壓水表、高壓閥門、高壓管道輸至注水井。這種方式在過去有其合理性，因早期都是單井，叢式井少，注水井場無電源，不便在井場放置注水泵，則注水泵的可靠性差，若一井一泵，維護(hù)工作量巨大。集中升壓注水方式的缺點(diǎn)：

1）注水站泵出口只有一個(gè)壓力，而各注水井由于方位各不相同，壓力需求也將會(huì)不一樣[3]。為滿足各井的需求，只好對(duì)壓力需求低的井采用閥門節(jié)流，對(duì)壓力高需求高的井配置增壓泵[4-6]。節(jié)流會(huì)造成能量損失，導(dǎo)致注水系統(tǒng)效率降低，如不節(jié)流，就要單井配增壓泵。這種二次增壓，增加了投資和運(yùn)行成本。

2）投資巨大，從注水泵以后的所有設(shè)備、設(shè)施都是高壓，極大增加了投資。

3）現(xiàn)場常需用低壓水，由于附近無低壓水源，常從高壓系統(tǒng)取水，導(dǎo)致注水系統(tǒng)末端壓力下降，發(fā)生欠注[7]。

2 新注水管網(wǎng)布置方案

新建產(chǎn)能多是叢式井場，每個(gè)井場都有電源，免維護(hù)、無人值守、零排放、遠(yuǎn)程監(jiān)控的注水泵的出現(xiàn)，為“水源直供，一井一泵”式的注水方案帶來了可能，取消了常規(guī)的注水站，大大縮短了高壓管道的長度，取消了高壓水表，高壓閥門，從水源井來的水或處理過的采出水經(jīng)供水站的低壓泵、低壓管道、低壓閥門、低壓水表到達(dá)井場，每個(gè)井配一臺(tái)注水泵，免去了大量高壓系統(tǒng)的投資，這種注水方式，可實(shí)現(xiàn)精確注水，避免節(jié)流，提高注水系統(tǒng)效率，同時(shí)節(jié)省投資。

3 注水管網(wǎng)方案對(duì)比

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

設(shè)定舊方案注水站帶40口注水井，日注水量800 m3，單井注水管線平均長4 km，安裝25 MPa、35 m3/h、280 kW往復(fù)注水泵2臺(tái)。泵后配高壓水表、高壓閥門、高壓管線等。新方案同樣是40口注水井，低壓水供到井口，到達(dá)壓力0.5MPa，每口注水井旁裝1臺(tái)25 MPa、1 m3/h、8.5 kW的注水泵。這種注水泵現(xiàn)已做到免維護(hù)、零排放、無人值守，遠(yuǎn)程監(jiān)控。每臺(tái)泵15萬元，含監(jiān)控。泵前配低壓水表、低壓閥門、低壓管線等。

投資測算對(duì)比見表1，全壽命費(fèi)用測算見表2。都需臨時(shí)用地285畝，舊方案需站場征地4畝。其它費(fèi)用含建設(shè)用地費(fèi)和賠償費(fèi)、水土流失補(bǔ)償費(fèi)及防治費(fèi)、其他二類費(fèi)用、8%的預(yù)備費(fèi)。新方案比老方案可節(jié)省近24%的投資，全壽命費(fèi)用可節(jié)省4.85%。如考慮二次增壓增加的投資新方案的效益更高。

表1 投資測算對(duì)比 單位：萬元

表2 全壽命費(fèi)用測算

在全壽命費(fèi)用測算中，年維護(hù)費(fèi)是按一次性投資的2.5%測算的，與實(shí)際有較大出入。在此例中，實(shí)際往復(fù)泵的年維護(hù)費(fèi)約4萬元/臺(tái)，螺桿泵的年維護(hù)費(fèi)約2萬元/臺(tái)（按2年更換1次泵計(jì)），即使按實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算，仍然是新方案的全壽命費(fèi)用小于舊方案。

若更換假設(shè)條件，節(jié)省額度會(huì)有變化，但結(jié)論不會(huì)有變化。新方案的優(yōu)點(diǎn)為完全消除節(jié)流，節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用。

3.2 新方案的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

新方案的關(guān)鍵取決于單井注水泵。對(duì)單井注水泵的要求：因這種泵用量很大，即使一臺(tái)設(shè)備偶有故障，但總的故障量就會(huì)很多，維修費(fèi)用會(huì)很大。應(yīng)做到無故障期長、免日常維護(hù)、免定期巡查、無人值守。應(yīng)做到遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程啟停、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)調(diào)整注水量且實(shí)現(xiàn)單井注水泵零排放。

4 單井增壓泵及注水泵

4.1 單井增壓泵使用現(xiàn)狀

單井增壓是指從注水站來的水到達(dá)井口后，由于壓力低，水量達(dá)不到配注要求，于是又安裝泵，再次升壓。目前，油田對(duì)欠注井實(shí)行單井增壓，主要有離心泵、往復(fù)泵、螺桿泵等3種。

1）將原用于井下采油的多級(jí)離心泵安裝在地面，用于單井注水[8-9]，若是利用原閑置的潛油泵尚可，若新購此種泵用于注水是很不恰當(dāng)?shù)摹尉⑺恳话惚容^小，多在1～2 m3/h，離心泵在小排量、高揚(yáng)程下效率極低，僅20%～30%?；蛘咴谂渌?jì)量間位置安裝多級(jí)離心泵增壓，雖然泵的排量增大了，效率比單井泵提高了，但效率仍然不高，這種接力升壓方式增加了管理節(jié)點(diǎn)。離心泵雖然日常維修量少，但需維修時(shí)，可維修性差，維修費(fèi)用大，不宜做為單井注水泵。

2）使用曲柄連桿式往復(fù)增壓泵，但需保證使用工況與設(shè)計(jì)式?jīng)r一致。往復(fù)增壓泵與普通往復(fù)泵在柱塞結(jié)構(gòu)上有差異，其柱塞為臺(tái)階狀，柱塞臺(tái)階的大小與增壓比相匹配。當(dāng)增壓比與設(shè)計(jì)不符時(shí)，由于無反向角，易損壞十字頭和曲軸[10]。

3）使用一種液壓驅(qū)動(dòng)的往復(fù)泵，它沒有反向角，不受實(shí)際增壓比與設(shè)計(jì)增壓比不符的影響，而且沖次極低，僅5次/min，易損件壽命大大延長。

4）近年長慶油田試驗(yàn)了螺桿注水泵用于單井增壓，已在現(xiàn)場使用一年多，累計(jì)使用22臺(tái)。螺桿注水泵使用情況見表3。

表3 螺桿注水泵使用情況

目前現(xiàn)場使用的螺桿注水泵都是增壓注水，即高進(jìn)高出。用于單井的螺桿注水泵采用立式結(jié)構(gòu)，泵直接插入油管中，可不動(dòng)管柱換泵。立式注水泵用于分注井時(shí)，需解決測調(diào)通道問題。用于多井的螺桿注水泵采用臥式結(jié)構(gòu)。

螺桿注水泵對(duì)來水壓力變化不敏感，來水壓力可高可低。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)需注水井卸壓時(shí)，可在拆除出口管路上的單向閥后，讓泵反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)快速卸壓。

4.2 單井注水泵的選擇

曲柄連桿式往復(fù)泵的盤根、柱塞、閥等壽命短，在一井一泵模式下，由于維修工作量大，不可取。單井注水都是小排量、高揚(yáng)程，在此條件下離心泵效率極低，不可取。

離心泵、螺桿泵用于增壓注水（高進(jìn)高出），與用于直接注水（低進(jìn)高出），結(jié)構(gòu)差異不大，只是用于增壓的泵，來水壓力較高，入口盤根承受壓力大，須考慮密封問題。螺桿泵在增壓注水中已基本取得成功，這些螺桿泵都做到了無故障運(yùn)行400多天、免維護(hù)、零排放、無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控。這為下一步試驗(yàn)、推廣“水源直供，一井一泵”模式開辟了道路。螺桿泵用于直接注水應(yīng)當(dāng)是可以的，只是增壓值、功率需增大。增壓注水的泵技術(shù)難度比直接注水的泵大，能增壓注水的泵型，用于直接注水應(yīng)該沒有問題。液壓驅(qū)動(dòng)的往復(fù)泵也是可選的單井注水泵。

除上述泵外，還可開發(fā)其它形式的單井注水泵，如軸向柱塞泵等，但都應(yīng)做到上述要求。

5 結(jié)論

1）“水源直供，一井一泵”注水模式和目前普遍采用的注水站集中升壓注水都是可選的注水的模式，可根據(jù)工程實(shí)際因地制宜的采用。當(dāng)注水井都在注水站附近時(shí)，且井?dāng)?shù)很多時(shí)，可采用集中升壓模式，若注水井都離注水站較遠(yuǎn)時(shí)，且井?dāng)?shù)較少時(shí)，可采用“水源直供，一井一泵”注水模式?，F(xiàn)在新建油田，絕大多數(shù)都是叢式井場，井場有電源，有條件安裝注水泵。個(gè)別無供電條件的注水井，可采用泵安裝在有電源處，遠(yuǎn)程輸送高壓水。

2）“水源直供，一井一泵”無人值守，遠(yuǎn)程監(jiān)控，定量注水，消滅節(jié)流，這種注水模式可大大減少建設(shè)投資，具有較低的全壽命費(fèi)用，這應(yīng)是注水管網(wǎng)布置的新方向。

3）新方案不僅適用于新產(chǎn)能建設(shè)，也可用于老油田。當(dāng)老注水管線，由于腐蝕減薄，承壓能力下降時(shí)，不需更換管線，改為低壓供水，老管線仍可使用。