雙儲水罐注水系統(tǒng)降耗優(yōu)化與應(yīng)用

宮艷紅 孔紅芳 馮萌萌 齊玉梅 于春玲 于興才 黃興鴻 張國強(qiáng)

（1.大港油田第三采油廠；2.大港油田第五采油廠；3.大港油田第二采油廠；4.大港油田第四采油廠）

目前注水開發(fā)的油田采出液中含水較高，聯(lián)合站對采出液經(jīng)過油水分離后，分離出的污水經(jīng)過破乳、沉降等技術(shù)去其中的原油和懸浮物。當(dāng)經(jīng)過處理的含油污水各項(xiàng)指標(biāo)合格后，經(jīng)注水站柱塞泵增壓后回注進(jìn)入地層，實(shí)現(xiàn)為地層補(bǔ)充能量，達(dá)到污水再利用和處理大罐液位的目的。

1 背景介紹

對于既包括中孔中滲油藏又包括低孔特低滲油藏的區(qū)塊，通常采用獨(dú)立運(yùn)行的兩套單罐式注水系統(tǒng)，一套為污水罐注水系統(tǒng)，即向中孔中滲油藏注入從油田采出液中分離出的油田污水，另一套為清水罐注水系統(tǒng)，即向低孔特低滲油藏注入清水，最大限度降低油藏敏感性[1]，從而提高注水開發(fā)效果。但是隨著注水開發(fā)的不斷推進(jìn)，從油田采出液中分離出的油田污水量不斷增多，導(dǎo)致污水罐注水系統(tǒng)中儲水罐的液位不斷上升，為避免冒罐事故和油層超注的發(fā)生，現(xiàn)場通常通過增大向中孔中滲油藏中污水注入量的方法快速降低儲水罐中的液位。此方法會加速形成中孔中滲油藏滲流優(yōu)勢通道，降低油藏驅(qū)替效果，為防止低孔特低滲油藏敏感性損害，而向該類油藏持續(xù)注入清水，造成注水開發(fā)成本增加，而注入的清水被采出后會成為油田污水，再次增加了油田污水的水量，形成污水罐液位高、清水用量高的雙層矛盾。

大港油田生產(chǎn)現(xiàn)場，對中壓中滲區(qū)塊通常采用25 MPa低壓污水注水系統(tǒng)，對低壓特低滲區(qū)塊采用35 MPa高壓清水注水系統(tǒng)，其中單個(gè)注水站高壓系統(tǒng)日注清水量達(dá)1 930 m3/d。

李孝嶺等[2]為提高油田注水系統(tǒng)處理水的能力，通過增加細(xì)過濾器反洗模式，實(shí)現(xiàn)了處理量的極大擴(kuò)容，使處理水量在原基礎(chǔ)上有了顯著的提高。長慶油田宋玉華等[3]通過并聯(lián)清污水注水泵，用清水注水泵來承擔(dān)部分污水流量，提高了污水回注率，減少了清水資源的需求。大慶油田楊麗峰[4]、尤勇[5]通過分解注水系統(tǒng)的井網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、優(yōu)化注水系統(tǒng)布局，提高外圍特低滲透油田注水系統(tǒng)運(yùn)行效率。魯平[6]、劉世景[7]采用清水、污水單獨(dú)處理、再分別回注的方式，達(dá)到節(jié)約投資、簡化處理流程、保護(hù)儲層的目的。王新等[8]通過針對兩種算法進(jìn)行深入了解，提出了優(yōu)化油田注水系統(tǒng)注水泵開停方案的具體方法。但是針對油田開發(fā)區(qū)塊儲層物性不同而采用的清、污兩套獨(dú)立運(yùn)行的單罐式注水系統(tǒng)，注水方法和存儲介質(zhì)液位處理幾乎沒有涉及。通過建立雙儲水罐注水系統(tǒng)平衡污水罐液位高度數(shù)學(xué)模型和總收益計(jì)算模型[9]，升級過濾裝置及效果，形成了清水和污水互相切換的流程和方法，解決污水罐液位高和清水注入成本高的問題，并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，取得良好的效果。

2 解決方案

為解決油田開發(fā)區(qū)塊儲層物性不同而采用的清、污兩套獨(dú)立運(yùn)行的單罐式注水系統(tǒng)，污水罐液位高、清水用量高的雙層矛盾問題，借鑒注水系統(tǒng)能量平衡模型[10]，設(shè)計(jì)了雙儲水罐注水系統(tǒng)流程和注水方法，即避免因提高污水注入量而影響采油效果，又減少清水注入量，降低注水開發(fā)成本。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雙儲水罐注水系統(tǒng)主要由第一儲水罐、第二儲水罐、第一柱塞泵、第二柱塞泵、第一輸水管道、第二輸水管道、第一閥門、第二閥門、第三閥門、第一流量計(jì)和第二流量計(jì)等組成，雙儲水罐注水系統(tǒng)流程見圖1。

2.2 工作原理

正常注水時(shí)，第一輸水管道和第二輸水管道開啟，連接管道關(guān)閉，而當(dāng)?shù)诙λ拗幸何贿^高時(shí)，通過開啟連接管道，關(guān)閉第一輸水管道，并保持第二輸水管道開啟，使第二儲水罐中的注入水同時(shí)進(jìn)入第一柱塞泵和第二柱塞泵，從而快速降低液位高度，并且，通過第一柱塞泵分流一部分注入水，可以避免向油藏中注入過多的注入水，提高了注水開發(fā)的效果。邏輯控制器PLC根據(jù)閾值設(shè)定使閥門控制器動作，自動切換流程，并存貯數(shù)據(jù)。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）系統(tǒng)類型設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用雙儲水罐，可根據(jù)實(shí)際情況決定儲罐中的介質(zhì)流通與截?cái)?，同時(shí)利用連接的輸水管道和控制閥門進(jìn)行互倒，提高了注入水量的穩(wěn)定性，避免了單罐系統(tǒng)中控制液位時(shí)短期的注水波動，實(shí)現(xiàn)了控制液位與注水穩(wěn)定的同步協(xié)調(diào)，同時(shí)采用柱塞泵進(jìn)行增壓，滿足了儲水與注水的工藝需求。

2）調(diào)節(jié)方式設(shè)計(jì)。目前的單罐注水系統(tǒng)均為人工調(diào)節(jié)方式，費(fèi)時(shí)費(fèi)力?，F(xiàn)引入可編程邏輯控制器PLC和與之配套的數(shù)字化儀器儀表，對泵的排量和閥門的開閉程度進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)，做到了及時(shí)準(zhǔn)確，滿足了設(shè)計(jì)要求。

3）過濾方式設(shè)計(jì)。儲罐中的液體，尤其是含油污水在長期的儲存與輸送下一般含有包括油污、懸浮物、垢等較多的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對柱塞泵的工作影響極大，導(dǎo)致泵磨損、腐蝕加劇，降低柱塞泵的運(yùn)轉(zhuǎn)周期。因此在兩條輸水管道上均安裝了過濾罐，對泵的來液進(jìn)行過濾，提高柱塞泵的運(yùn)行效率，最大限度保護(hù)敏感性油藏。

4）自動計(jì)量功能設(shè)計(jì)。油田目前儲罐的液位大部分由機(jī)械式液位計(jì)進(jìn)行計(jì)量；而泵的進(jìn)口壓力也大部分為機(jī)械的真空壓力表，兩者均需人工進(jìn)行觀測，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。該系統(tǒng)則將儲罐液位計(jì)更換為電子液位計(jì)，柱塞泵進(jìn)口更換為電子壓力計(jì)，同時(shí)將電子信號傳輸至可編程邏輯控制器PLC處，可編程邏輯控制器PLC對壓力及液位進(jìn)行分析，然后控制電控閥門進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。

2.4 操作方法

步驟1：確定平衡污水罐液位為

式中：H為儲水罐液位單位時(shí)間內(nèi)變化的高度，m；S1為輸水管道的橫截面積，m2；S2為儲水罐的橫截面積，m2；V為輸水管道的水流速度，m/s；d1為輸水管道的內(nèi)徑，m；d2為儲水罐的內(nèi)徑，m；

步驟2：當(dāng)?shù)诙λ?（污水罐）液位高需要清水系統(tǒng)注污水處理液位時(shí)，也就是將清水切換為污水時(shí)，具體現(xiàn)場施工如下：依次打開第八閥門19#和第三閥門10#，使連接管道7#開啟，壓力波動小于0.1 MPa。緩慢關(guān)閉第一閥門8#和第六閥門17#，壓力波動小于0.1 MPa。污水經(jīng)過第八閥門19#、第三閥門10#和連接管道7#進(jìn)入第一柱塞泵3#，改污水為地層補(bǔ)充能量。根據(jù)第二儲水罐2#的液位高度及上漲速度確定輸水的水流速度V。結(jié)束操作，實(shí)現(xiàn)污水代替清水注水，處理第二儲水罐2#的高液位，第一柱塞泵3#和第二柱塞泵4#同時(shí)運(yùn)行。每周清理第一過濾罐26#和第二過濾罐27#一次。

步驟3：當(dāng)?shù)诙λ?#液位合理時(shí)，需要將污水切換為清水時(shí)，具體現(xiàn)場操作如下：緩慢打開第六閥門17#、第一閥門8#，壓力波動小于0.1 MPa。依次關(guān)閉第三閥門10#和第八閥門19#，使連接管道7#斷流，壓力波動小于0.1 MPa。清水經(jīng)過第一儲水罐1#供水，流經(jīng)第一閥門8#、第一過濾罐26#、第一流量計(jì)11#、第六閥門17#，進(jìn)入第一柱塞泵3井，改清水為地層補(bǔ)充能量。由第一流量計(jì)11#計(jì)量清水用量。結(jié)束操作，實(shí)現(xiàn)清水代替污水，第一柱塞泵3#正常運(yùn)行。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用

2019年初，在大港油田3個(gè)小型接轉(zhuǎn)站應(yīng)用雙儲水罐注水系統(tǒng)，取得明顯節(jié)能降耗效果。2018年度清水平均日用水量1 010 m3/d，應(yīng)用后清水量呈現(xiàn)連年下降趨勢，2019年度平均日減少清水用量260 m3/d，2020年度平均日減少清水用量590 m3/d，2021年度平均日減少清水用量820 m3/d，雙儲水罐注水系統(tǒng)應(yīng)用后清水用量效果對比見表1。

表1 雙儲水罐注水系統(tǒng)應(yīng)用后清水用量效果對比Tab.1 Comparison of clean water consumption effect after application of double water storage tank water injection system 104 m3/a

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

雙儲水罐注水系統(tǒng)應(yīng)用以來，3個(gè)注水站累計(jì)減少清水用量60.955×104m3，清水成本4.5元/m3計(jì)算，累計(jì)創(chuàng)效274.297萬元；工藝改造及自動化升級費(fèi)用共計(jì)65.5萬元，實(shí)際創(chuàng)效208.797萬元。

4 結(jié)論

1）雙儲水罐注水系統(tǒng)注水方式，可快速降低污水罐液位高度，防止冒罐危害和油層超的發(fā)生，即避免因提高污水注入量而影響中孔中滲油藏采油效果，又減少低孔特低滲油藏清水注入量，降低注水開發(fā)成本。

2）在原兩個(gè)獨(dú)立的污水和清水流程基礎(chǔ)上，通過連接污水和清水互切流程，實(shí)現(xiàn)污水和清水的互相切換，有效消耗油田處理水過剩帶來的生產(chǎn)隱患，達(dá)到污水罐高液位的有效處理。

3）實(shí)現(xiàn)了注水處理信息化管理，將切換參數(shù)，用水量，液位等數(shù)據(jù)進(jìn)行保留存檔，并根據(jù)液位變化，自動進(jìn)行流程的切換，降低員工勞動強(qiáng)度。