油田注水管網(wǎng)存在的問題及節(jié)能

李永強 馮磊 劉鑫

摘要：油田開采涉及的工程量比較大，需要注意對每個環(huán)節(jié)的合理調(diào)控，隨著對油田的深度開采，油田注水管網(wǎng)在運行過程中存在一些問題，主要表現(xiàn)為注水效率低、注水能耗較高。在油田開采中，注水系統(tǒng)的穩(wěn)定性與油田開采效率有著緊密的關(guān)系，所以注水管網(wǎng)存在的問題需要采取合適的措施進行解決，但油田開采涉及的油藏類型比較多樣化，不同的油藏其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一樣，對注水系統(tǒng)的要求也不一樣，分布式結(jié)構(gòu)也會間接增加注水管網(wǎng)的能耗。文章就對注水管網(wǎng)存在的問題進行了一個較為詳細的說明，并對注水系統(tǒng)節(jié)能措施進行了分析。

關(guān)鍵詞：注水管網(wǎng);問題分析;節(jié)能分析

前言：注水的主要目的就是為了進一步補充油田井下地層中的能量，由此也能有效提升油田的采收率，保證油田產(chǎn)量的穩(wěn)定，同時注水也是有效降低油田生產(chǎn)開采成本的關(guān)鍵途徑。但是油田注水系統(tǒng)在運行過程中卻一致存在能耗高的問題。而注水管網(wǎng)也在運行過程中出現(xiàn)了嚴重結(jié)垢現(xiàn)象，甚至注水管網(wǎng)的注水效率也比較低。

一、注水管網(wǎng)存在的問題分析

（一）泵站投產(chǎn)設(shè)計方面

在站點建設(shè)的過程中，因為相關(guān)的工程資料提供不夠準確，在進行管路設(shè)計的時候相關(guān)計算不夠精確，管網(wǎng)設(shè)計時采用的安全余量過大;在進行設(shè)備選擇的時候?qū)に囘^程中的壓力過分考慮，導(dǎo)致最終選用設(shè)備的額定流量往往會遠遠超過實際管網(wǎng)工作的流量具體要求，這樣在多臺泵進行聯(lián)合運行的時候，往往不能實現(xiàn)高效運行，很多設(shè)備在選用的過程中由于選擇的功率比較大，因此在實際的運行過程中不能實現(xiàn)滿負荷運行，從而造成電機的實際運行功率以及電機的功率因子的降低，造成了無功功率損耗。

（二）工藝要求變更

由于油田在生產(chǎn)開采過程中出現(xiàn)了需求的變化，導(dǎo)致注水系統(tǒng)的注水量出現(xiàn)了臨時變化，現(xiàn)場得施工過人員為了滿足實際生產(chǎn)的需求，往往會充分利用閥門來適當調(diào)整管網(wǎng)的阻力，以此來達到調(diào)整注水量的效果，這樣就會導(dǎo)致注水管網(wǎng)出現(xiàn)的無功損耗增加，進而影響了設(shè)備的運行效率。[1]

（三）現(xiàn)場生產(chǎn)調(diào)節(jié)

由于現(xiàn)場操作人員長期缺乏對設(shè)備運行的維護意識，長期以來逐漸形成了主要泵能正常運就不存在問題的意識，而且注水泵在具體運行過程中往往會受到很多因素的影響，因此其工作狀態(tài)實際上是一個變量，很難形成標準的節(jié)能調(diào)節(jié)模式。

（四）管理方面

注水系統(tǒng)現(xiàn)場的作業(yè)人員由于個人專業(yè)理論知識、實際操作水平以及現(xiàn)場的生產(chǎn)調(diào)節(jié)控制業(yè)務(wù)不夠熟悉，從而導(dǎo)致注水系統(tǒng)中生產(chǎn)設(shè)備在實際的運行過程中出現(xiàn)了不同程度的磨損，進而嚴重影響生產(chǎn)設(shè)備的運行壽命。而針對設(shè)備進行維護保養(yǎng)的時候由于自身專業(yè)知識的缺失以及業(yè)務(wù)能力不足等問題導(dǎo)致設(shè)備維護保養(yǎng)質(zhì)量不達標，這樣設(shè)備在運行過程中就不能充分保證其處于最佳狀態(tài)，注水泵的性能也不能得到充分發(fā)揮。而在管理方面也由于認識不足，對設(shè)備以及生產(chǎn)工藝的日常管理手段不足、制度不完善，很多針對設(shè)備進行的測試內(nèi)容往往都是依靠經(jīng)驗來進行判斷，及現(xiàn)場管理而言，在深度以及管理的精度上都比較欠缺。

二、管網(wǎng)節(jié)能降耗

國內(nèi)油田注水系統(tǒng)管網(wǎng)效率偏底，管網(wǎng)摩阻損失及各種控制閥件耗能偏高，有很大的節(jié)能降耗空間。

（一）做好規(guī)劃設(shè)計

注水站盡量布置在注水管轄區(qū)的中心位置，注水半徑應(yīng)為5km之內(nèi)，將注水泵到注水井口的壓力損失控制在1MPa之內(nèi)。對于邊遠區(qū)塊油田，可采用小站注水流程，減少因高壓管線過長，使管網(wǎng)沿程阻力損失增大。有些注水系統(tǒng)管轄區(qū)內(nèi)不同注水井的吸水能力不同，造成注水壓力差別較大，為迎合部分高壓井而被迫提高整個管網(wǎng)的注水壓力則節(jié)流損失將大大增加。這時應(yīng)把高壓井和低壓井區(qū)別對待，采取高壓井與低壓井分設(shè)管網(wǎng)，分別使用或共用低壓泵供水，對高壓井增設(shè)增壓泵。在流量一定時，流速的確定會直接影響管網(wǎng)的投資和運行費用。流速取值小時，管徑增大，相應(yīng)的管網(wǎng)造價增加，而管段中的水頭損失減小，水泵所需揚程將降低，運行費用將會降低，因此在管網(wǎng)設(shè)計時，應(yīng)當對注水管網(wǎng)的管徑進行優(yōu)化設(shè)計。[2]

（二）改變管網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高系統(tǒng)效率

注水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)包括輸水支管、總管，吸水支管、總管等長徑參數(shù)及管道彎頭角度等。由雷諾數(shù)Re=DU/v知，無論是泵出水管還是總匯管，其“雷諾數(shù)Re”值均已進入“阻力系數(shù)值K不隨Re變化段”。因而，改變管中流態(tài)以降低沿程損失，作為節(jié)能途徑是不可取的。將直管與總管間的90°匯流角改為135°匯流角，對比測試壓力損失值。在相同工況下，壓力損失值相對減小25%。所以改變支管匯流角及彎頭角度，在一定程度上可減小其局部壓力損失。在結(jié)構(gòu)布局許可的前提下，盡量做到管路“短而直”，以減少沿程壓力損失和局部壓力損失。

（三）盡量減少管網(wǎng)流量與壓力損失

管網(wǎng)流量損失主要是因為閥件、接頭等元件中過液件腐蝕，密封受損和老化引起泄漏造成的，屬非功能性流量損失。只要選擇高質(zhì)量閥件、及時更換易損密封件，提高管理與操作水平，這部分非功能性流量損失是可以避免的。壓力損失的大部分消耗在各控制閥件及球形穩(wěn)壓器上。而這些控制閥件，是管網(wǎng)控制功能所需要的，這部分壓力損失屬功能性損失，無法消除，可通過開發(fā)高效節(jié)能元件來降低這部分損失。[3]

（四）降低管網(wǎng)磨損，提高注水水質(zhì)

合理選擇注水管管徑，管徑小，流速快，則使管網(wǎng)磨損加大，能耗增加;降低管道內(nèi)壁粗糙度，管網(wǎng)磨損與其粗糙系數(shù)的平方成正比，由于油田注入水水質(zhì)腐蝕性較強，注水管的制造應(yīng)采用耐腐蝕材料并采用防腐工藝;改善注入水水質(zhì)，在注入污水之前，可以采取加緩蝕劑、防垢劑以及污水過濾處理等措施來減少水質(zhì)對管網(wǎng)的破壞。影響注水管道壓力損失的最大原因是結(jié)垢，結(jié)垢造成管徑變小，流阻增大，尤其是單井管道，數(shù)量大，結(jié)垢嚴重，壓損大。

結(jié)語：在油田開采的后期階段，對注水量的需求會急劇增加，這也使得注水能耗問題愈加突出，不同的問題所采取的解決措施不同，問題產(chǎn)生的因素也不相同，所以對注水管網(wǎng)的節(jié)能研究具有非常重要的意義，可以有效降低油田開采的成本預(yù)算，保障油田開采的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]李慧君，劉必渝，劉光輝.提高多源注水系統(tǒng)效率的策略研究與實踐[J].油氣田地面工程，2018，37（10）：78-79.

[2]張海蘭，牛萬達，曹永哲.低滲透油田注水系統(tǒng)能耗分析指標與測試計算方法分析[J].石油石化節(jié)能，2018，44（07）：63.

[3]石航.油田注水管網(wǎng)評價技術(shù)研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2009

長慶油田分公司采油七廠，陜西，西安，710200