小集油田注水系統(tǒng)節(jié)能降耗對策分析

李智慧 高維剛 李莉

(大港油田公司采油工藝研究院天津 300280)

1 小集油田注水系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀

1.1 注水系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)狀

小集油田注水系統(tǒng)建有注水泵站3座，注水泵34臺，在用23臺，運(yùn)行功率3805kW。配水間8座，注水干線20.25km，單井注水管道46.2km，目前共有注水井117口，開井75口，注水量7741m3/d。目前注水單耗為8.74kW·h/m3，系統(tǒng)效率為52.06%。與2009年大港油田平均注水單耗8.01kW·h/m3相比，小集注水系統(tǒng)每年多耗電206×104kW·h。

圖1 小集油田注水系統(tǒng)示意圖

1.2 影響注水單耗的因素分析

根據(jù)公式：注水系統(tǒng)效率=電機(jī)效率×泵效×管網(wǎng)效率

影響系統(tǒng)效率的因素有三個，其中電機(jī)效率一般為95%左右，因此提高系統(tǒng)效率應(yīng)從提高泵效和提高管網(wǎng)效率兩個方面著手進(jìn)行分析。

1.2.1 泵效分析

注水系統(tǒng)在用的機(jī)泵分為注水泵和增注泵兩種。

（1）注水泵泵效分析：

各站在用機(jī)泵泵效及注水單耗如下表：

表1 小集油田注水站生產(chǎn)情況

由上表可以直觀的看出，較低的泵效導(dǎo)致注水單耗的升高，小一注的注水泵泵效較低，這是由于小一注投產(chǎn)時(shí)間較長，在用的注水泵有22臺運(yùn)行時(shí)間已達(dá)20000小時(shí)以上，有的甚至接近50000小時(shí),機(jī)泵效率下降，與柱塞泵額定泵效（85%）相比存在較大差距。尤其是老三柱泵房的7臺泵，泵效僅為72%，且腐蝕嚴(yán)重，可利舊價(jià)值很小。

（2）增注泵泵效分析

部分水井由于地層壓力高需要增壓注水，目前小集油田有離心式增注泵7臺，負(fù)責(zé)18口水井的增壓注水。

表2 增注泵應(yīng)用情況

部分增壓泵由于長期處于高壓運(yùn)行狀態(tài)，泵效下降，達(dá)不到離心泵正常泵效（75%左右），平均每臺泵每天多耗電約426度，并且泵軸的機(jī)械密封部位漏失、損壞頻繁，運(yùn)行一年左右就需要進(jìn)行大修處理，維護(hù)費(fèi)用較高。

1.2.2 管網(wǎng)效率分析

根據(jù)公式：管網(wǎng)效率 ηn=（N井口/N泵出）×100%

其中 N泵出=（P泵出-P泵入)·Q泵

因此，降低泵出口壓力，可有效提高管網(wǎng)效率。影響泵出口壓力的原因主要有注水泵與所轄水井壓力不匹配。

另外N泵出=N管損+N井口

因此，降低管損，可有效提高管網(wǎng)效率。影響管損的因素有兩個：注水工藝環(huán)節(jié)多流程長和管道結(jié)垢嚴(yán)重。

（1）注水泵與所轄水井壓力不匹配

隨著注水開發(fā)的調(diào)整，注水系統(tǒng)所轄區(qū)塊注水井壓力相差較大，以小一注為例：

小一注注水系統(tǒng)分為25MPa和35MPa兩個等級，其中25MPa等級注水井目前有34口，總注水量為4823 m3/d，平均注水單耗為8.55kW·h/m3。其中單井注水壓力小于20MPa的井有26口，占總井?dāng)?shù)的76%，注水量為3914 m3/d，占總注水量的81%。

注水泵與所轄水井壓力的差距較大，造成泵的輸出功率升高，因此能耗升高、管網(wǎng)效率降低。小一注的管網(wǎng)效率僅為61.4%。

（2）注水工藝流程長環(huán)節(jié)多

小集油田注水系統(tǒng)模式為注水泵站--配水間--注水單井的三級布站模式，共建有注水泵房3座，配水間8座，注水井117口，注水系統(tǒng)干線20.25km，單井注水管道46.2km。由于輸送過程中流程長環(huán)節(jié)多，存在配水間節(jié)流、管道距離長摩阻較大等問題，從而增加了從注水站到井口的壓力損失。

（3）部分管道結(jié)垢嚴(yán)重

小集油田污水礦化度較高（1.8×104mg/L），管網(wǎng)普遍存在結(jié)垢現(xiàn)象，管網(wǎng)壓損過大。為了滿足下游水井的正常執(zhí)配，只能提高泵站的運(yùn)行壓力，因此造成了系統(tǒng)的無功損耗增加，管網(wǎng)效率降低。注水站泵壓平均上升 1.8MPa，每年多耗電 141.3×104kW·h。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，該油田結(jié)垢較嚴(yán)重的注水管道有17條共14.7km，占總管道長度的22%。這些結(jié)垢的注水管道實(shí)際管損達(dá)到了2.2MPa，是正常管損的3.4倍。大大超出了 《油田注水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》（SY/T6569-2003）標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于“注水站出口至最遠(yuǎn)點(diǎn)注水井井口的管網(wǎng)阻力損失應(yīng)控制在1.0MPa內(nèi)”的規(guī)定。

表3 部分注水管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

圖2 注水干線結(jié)垢照片

2 節(jié)能對策及效益分析

2.1 節(jié)能對策

通過以上分析，提出以下節(jié)能對策：

2.1.1 采用高效柱塞泵

將小一注7臺3H-8/450II型低效柱塞泵更換為5ZB-12/42型注水泵。

2.1.2 更新低效增注泵

優(yōu)選柱塞式液力平衡增壓注水泵，對泵效低的增壓泵進(jìn)行更換，同時(shí)配套完善變頻控制。小4站離心增壓泵更新為1臺3ZY-4/37型增壓注水泵；小8站離心增壓泵更新為2臺3ZY-7/40型增壓注水泵；小13站需要增壓注水的兩口井在注水工藝中進(jìn)行了工藝調(diào)整，T接進(jìn)小六注至小13站35MPa注水干線生產(chǎn)，增注泵可以取消。

2.1.3 將小一注進(jìn)行高低壓系統(tǒng)分離改造：

不同系統(tǒng)負(fù)責(zé)相應(yīng)壓力等級注水井的注水任務(wù)，各系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行。分為 20MPa、25MPa、35MPa三個系統(tǒng)。

根據(jù)不同壓力等級的注水量需求，配備注水泵，其中利用舊泵19臺，新建7臺。20MPa等級注水量為 3914m3/d；25MPa等級注水量為 909 m3/d；35MPa等級注水量為1553m3/d。

其中壓力等級為20MPa的注水泵15臺；壓力等級為25MPa的注水泵6臺；壓力等級為35MPa的注水泵5臺。

2.1.4 簡化注水工藝

對小集油田的注水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化簡化，工藝流程由原來的注水單井--配水間--注水泵站三級布站方式簡化為注水泵站直接對應(yīng)注水單井的兩級布站方式生產(chǎn)，簡化掉注水系統(tǒng)中的配水間環(huán)節(jié)，注水井直接與注水干線T接或與臨近的注水井串接。為此需新建系統(tǒng)管道延伸1.7km （Φ159×18mm管道 0.7km，Φ114×13mm 管道 0.8km，Φ89×10mm 管道0.2km），單井注水管道2.72km（其中Φ76×9管道0.86km，Φ60×11mm 管 道 0.21km，Φ60×7mm 管 道1.65km），配套在線遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置117套，取消8座配水間，注水單井管線總長度減少11.13km。

2.1.5 對管道進(jìn)行除垢

采用射流除垢工藝對管道進(jìn)行除垢：采用多元復(fù)合物理清管技術(shù)，利用壓力噴射除垢原理，有效解決了之前物理通球方法極易卡堵和化學(xué)清洗技術(shù)產(chǎn)生大量有害氣體的問題，除垢實(shí)際效果非常理想。

注水干線：對小一注至小4站注水干線的后段、小一注至小9站35MPa注水干線、小一注至小9站25MPa注水干線實(shí)施除垢，除垢長度4450m；

單井注水管道：對小 10-14、小 12-18、小 13-12、小 10-10、小 11-7、小 11-9、小 11-7-4、小 11-17、小 13-20、小 14-19、小 9-5-2等注水井的單井管道實(shí)施除垢，累計(jì)長度7400m。

2.2 節(jié)能效益預(yù)測

小集注水系統(tǒng)節(jié)能對策投資1472萬元，具體如下表：

表4 節(jié)能對策投資估算

通過對小集油田注水系統(tǒng)實(shí)施各項(xiàng)節(jié)能對策，注水單井管線總長度減少11.13km，減少8座配水間，預(yù)計(jì)可減小管道沿程壓力損失1.8MPa，年減少耗電量280×104kW·h，節(jié)約電費(fèi)202萬元。減少8座配水間的更新改造，節(jié)省工程改造投資400萬元，節(jié)約維護(hù)修理費(fèi)25萬元，減少因管線漏失發(fā)生的污染賠償費(fèi)用10萬元。投資回收期為2.3年。

表5 注水系統(tǒng)節(jié)電情況表

表6 注水系統(tǒng)節(jié)能改造效益分析

3 結(jié)論

3.1 通過對影響小集油田注水系統(tǒng)能耗的因素進(jìn)行分析，制定切實(shí)可行的節(jié)能對策，預(yù)計(jì)對策實(shí)施后，注水單耗可下降0.82 kW·h/m3，系統(tǒng)效率可提高7.6%。

3.2 下步應(yīng)在更廣闊范圍內(nèi)繼續(xù)有針對性的規(guī)模推廣成熟的節(jié)能降耗技術(shù)，使動態(tài)變化的注水系統(tǒng)長期保持在較為高效、合理的運(yùn)行狀態(tài)，以更進(jìn)一步降低注水能耗。

[1]《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計(jì)算方法》SY/T5264-2006

[2]《油田注水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》SY/T6569-2003