油氣田生產系統水平衡指標體系研究

帕爾哈提 何靜 葛蘇鞍 馬中山 王堅（新疆油田公司實驗檢測研究院）

油田進行水平衡測試時，首先需要明確相應的指標體系以便順利開展具體的測試工作。對于油氣田企業而言，其水平衡指標體系包括企業水平衡指標體系及生產系統水平衡指標體系兩部分。其中，企業水平衡指標體系是指對于企業而言通用的基礎指標體系，生產系統指標體系是針對具體生產環節中各單元、系統所細化的指標體系。

1 油氣田企業水平衡指標體系[1-3]

油氣田企業水平衡指標體系包括基準指標和技術指標兩大部分，其中，基準指標包括6項，技術指標包括5項，具體指標體系如圖1所示。

圖1 企業水平衡指標體系

2 油氣田生產系統水平衡指標體系

根據油氣田生產系統的工藝現狀及實際運行情況，建立了相應水平衡測試指標體系，主要包括原油集輸系統、注水系統、注汽系統、天然氣集輸系統4部分內容。具體指標體系如圖2所示。

3 水平衡的計算基準

3.1 水平衡的計算基準

水平衡的計算以“m3/d”為計算基準。對于周期性和間歇性較多的用水設備，其各類水量折算成日平均水量，方可進行水平衡的計算。

根據企業供排水基本規律，目前，企業水平衡的計算可歸納為三大類共9個基本公式。

3.2 水量平衡關系式

企業直排式供水模式中各種水量的平衡關系：

企業耗水型供水模式中各種水量的平衡關系：

企業重水型供水模式中各種水量的平衡關系：

需要說明的是：因為只有在回收水自身重復利用的體系中才存在Q重=Q回的關系式，所以，公式（4）只在體系之間的回收水不串用的條件下才成立。

若本體系的回收水部分或全部不自用，供給了其他體系，或本體系的重復用水部分或全部是由外體系供給時，即Q重≠Q回，則公式（4）應改寫為：Q用=Q回+Q排+Q耗。

4 水平衡指標的計算[4]

4.1 油氣田企業水平衡技術指標計算

目前，水平衡的技術指標主要包括水的重復利用率、排水率、耗水率和水的回收率等。其中，水的重復利用率R、排水率P、耗水率r是國家考核企業合理化用水的重要經濟技術指標，是評價企業用水水平的重要依據。

水的重復利用率：體系中所重復利用的水量占體系總用水量的百分比，計算公式：

排水率：體系實際排放到環境中去的水量占體系總用水量的百分比，計算公式：

耗水率：體系實際消耗的水量占體系總用水量的百分比，計算公式：

水的回收率：體系中所回收的水量占體系總用水量的百分比，計算公式：

水表計量率：水表計量率計算公式：

式中：

Km——水表計量率，%；

Vmi——在一定的計量時間內，企業或企業各層次用水單元的水表計量的用（或取）水量，m3；

Vi——在一定的計量時間內，企業或企業內各層次用水單元的用（或取）水量，m3。

4.2 油氣田生產系統水平衡技術指標計算

油氣田生產系統水平衡指標的計算主要以原油集輸系統、注水系統、注汽系統以及天然氣集輸系統等4大系統為主要研究對象，根據相關監測內容和重點開展相應的水平衡測試，以考察各供用水系統的水量平衡、單位產品新鮮水用量和用水綜合漏損率等，多角度多方面地確定被測系統供用水情況，對其科學用水管理及明確今后節水方向起指導作用。

4.3 驗算公式

在企業水平衡計算過程中，為了檢查各個水平衡體系的結果是否正確，可用公式R+P+r=100%來進行驗算。對于回收水不自用及重復用水由外部供入的供水體系，公式可改寫為

圖2 生產系統水平衡指標體系

水平衡的計算公式反映了企業供排水的基本規律。表述了企業中各種水量之間的平衡關系以及互相依存的情況。依據水平衡公式可對所有用水設備、設施以及車間、企業進行水平衡計算，為企業制定用水規劃，進行用水預測提供科學的理論根據。

4.4 水的重復利用率的計算方法

水的重復利用率是國家考核企業用水水平的重要經濟技術指標。目前許多企業加強節水管理工作，挖掘節水潛力，不斷提高水的重復利用率以節約水資源。

根據水的重復利用率計算公式（5）可知：水的重復利用率取決于2個變量，一是企業總用水量的大小，二是企業總重復利用水量的多少。當Q用不變時，Q重增大，則R增大；當Q重不變時，Q用減小，則R也增大。因此，企業用水量及重復用水量的測試及計算是企業水平衡的一個重要組成部分。

由于企業中各種用水設備構成不同，用水設備的使用周期不同，有些設備是間歇性運轉，而有些設備是季節性使用，這些設備在使用或非使用期間對企業的用水量或重復用水量會有舉足輕重的影響，因此，在企業進行水平衡測算時，這類設備處于何種狀態是十分重要的。為了保證水平衡測試的科學性，對水平衡的測試要求和計算方法作出統一的規定。

1）水平衡測試期間，企業的所有用水設備處于正常的運行狀態（平常的用水狀態如何，測試時的狀態就保持如何，不允許人為地高負荷或低負荷，不允許人為地延長開機時間、加班加點或增加生產班次，也不允許把備用設備都開動起來。總之，一切不正常的虛假用水現象都應當排除。只有這樣，水平衡的測試結果才能反映實際的用水情況）。企業的各類水量一律測取24 h內的累計數據，用水表計量水量應用累計數，而不取小時平均數。

2）對于測試周期大于24 h的用水設備，其各類水量一律折算成日平均水量。如某用水設備其生產周期為3.5 d，累計補水量35 m3，則該設備每天的日補水量即為10m3/d。

3）對于間歇時間較長的用水設備，在測試期間已運行的，其用水量可以參加水平衡計算。測試期間未開動的，則不參加水平衡的計算。但是，對這類設備的數量，日補水量、年工作日等都要記錄在設備水平衡測試報告中。這樣既保持了測試的真實性，又為全面了解企業的年補水量提供了計算的依據。

4）為了便于同類企業、同類產品用水水平的比較以及對企業正常生產過程中用水情況的分析，企業中的純生活用水和其它臨時性的用水，如家屬宿舍和基本建設的用水等，不參加企業水的重復利用率的計算，這部分用水量可從企業的總用水量中扣除掉。便于分析企業的正常用水情況。這樣企業水的復用率的計算公式可改寫為式（10）所示形式：

企業的輔助生產用水和附屬生產用水必須參加企業水的重復利用率的計算，不應從企業總用水量中扣除掉。企業中的純生活用水和其他臨時性的用水雖不參加企業水的重復利用率的計算，但要認真地進行水平衡測試，在企業的水平衡表和水平衡框圖中應反映出來，同時企業要采取措施加強管理，單獨下指標考核，節約用水。為了保持企業水平衡表和水平衡圖的一致性以及設備、車間和企業各級水量之間的平衡關系，企業在計算重復用水率時一般都計算兩套數據。在企業總的水平衡表上的為總復用率不扣除純生活用水和其他臨時性用水。在水平衡表的備注欄內復用水率是扣除純生活用水和其他臨時性用水后的數值，是作為同類企業的比較和上報、考核用的指標數，計算兩套數據的做法在目前是全面的，也是科學的，反映了企業的實際情況。

企業的排水率P、耗水率r、回收水率h的計算應與重復用水率的計算相一致。

5 企業水平衡測試的計算方法

企業水平衡測試，不論是一次平衡法，還是逐級平衡法，都是一種瞬時測試，只能反映測試期間企業的用水情況，不能反映企業年度的用水情況。但是國家每年對企業下達的供水指標和評價企業的用水水平，是以年度為依據，不是以瞬時的測試數據為依據的。瞬時測試數據只作為年度用水情況的參考，這就給水平衡測試工作提出了一個新的任務，就是如何通過水平衡測試來為國家考核企業的用水情況提供依據，使水平衡測試數據具有年度指導意義，目前，根據現場測試實踐，提出了平均法、修正法、年度累計計算法三種解決方法。

5.1 平均法

平均法是指企業每年要在用水高峰和低峰期間分別進行一次水平街測試，然后把兩次水平衡測試結果進行平均，取其平均值，再乘以企業年工作日，所得的各類水量即為企業年度的水量值，這種測算方法的好處是：既能反映企業在用水高峰和低峰期間各類用水設備和設施的用水情況，為供水部門，實行計劃用水提供依據，同時也比較接近企業的年用水量。平均法的計算如式（11）所示：

式中：

Q年補——企業的年補水量，m3/a）；

Q冬補——企業冬季水平衡測試時的日補水量，m3/d；

Q夏補——企業夏季水平衡測試時的日補水量，m3/d；

D——企業年工作日，d。

5.2 修正法

這種方法就是對企業水平衡測試數據進行部分的修正，使其接近年度用水情況，如何修正，要看企業的用水設備情況而定。

企業的用水設備根據用水時間的不同可分為季節性、間歇性和常年用水設備三大類。

1）季節性用水設備：如夏季的空凋、冷卻用水設備、冬季的采暖鍋爐等，這類設備只要季節一過，用水立即停止，這類設備的日補水量以每年高低峰的實測數據為準，可不做修正。季節性用水設備水量的計算方法如式（12）所示：

式中D設備為設備年工作日。

2）間歇性的用水設備：這類設備中有的一年僅用幾次，其用水量的計算方法和季節性用水設備一樣，以測試值為準。

3）常年用水設備：屬于生產和輔助生產設備的有的可不修正，有的可修正5%～10%。屬于附屬生產用水，若為春、秋兩季測試可不加修正，以測試數據為準，計算方法同上；若冬、夏兩季測試必須進行修正，修正系數n一般為30%～50%，即冬季測試時，加測試水量的30%～35%，夏季測試時減測水量的30%～35%，然后再乘以年工作日，即得年用水量。附屬生產用水設施水量（夏、冬季）的計算方法分別如式（13）、（14）所示：

附屬生產設施的修正系數只適用于一般企業，對某些特殊行業要酌情而定。

5.3 年度累計計算法

也稱統計法，這種方法就是把企業每日的實際補水量和重復利用水量累計起來，得出全年的總補水量和總復用水量，然后計算出企業水的重復利用率。統計法的計算方法如式（15）、（16）所示：

目前，企業中補水量和重復利用水量均已裝水表考核。并且每月抄、報一次，所以企業的年總補水量和年總重用水量均有可靠數據，因此，以年度累計數據來計算企業的年補水量和年重復水量，從而計算出企業水的復用率，無疑是科學的、正確的，因而成為國家考核企業的依據。這種方法的不足之處在于，企業的年排水量和耗水量沒有實際考核數據，另一方面，企業的瞬時用水情況特別是高峰、低峰季節的用水情況不清楚，具體的用水設備、設施的用水情況則更不清楚，這對供水部門的計劃供水，對企業加強水的科學管理，實行節水技術改造是不利的。因此，年度累計計算法不能代替瞬時測試法，二者各有所用、各有所長。

6 結論

針對油氣田生產系統的現狀及水平衡測試在實踐中存在的問題，在現行標準SY/T 6721—2008《油田生產系統水平衡測試和計算方法》及現場調研分析的基礎上，建立了對油、氣田生產系統具有廣泛適用性的水平衡模型及指標體系，為現行標準SY/T 6721—2008及水平衡測試工作中存在的問題提供解決方法，同時為國家標準《油氣田生產系統水平衡測試和計算方法》的制定提供一定的理論依據。研究內容將對油氣田企業水平衡測試工作規范性開展具有積極的指導作用，同時本文的研究成果將對油氣田生產系統節水管理工作起到重要的指導和促進作用，提升油氣田企業水資源利用水平，為油田實現節水管理提供科學依據[5]。

[1]GB/T 12452—2008企業水平衡測試通則[S].北京:中國標準出版社,2008.

[2]SY/T 6721—2008油田生產系統水平衡測試和計算方法[S].北京:石油工業出版社,2008.

[3]王遇東.天然氣處理原理與工藝[M].北京:中國石化出版社,2007:7.

[4]SY/T 5264—2012油田生產系統能耗測試和計算方法[S].北京:石油工業出版社,2012.

[5]穆劍,馬建國.油氣田節能監測工作手冊[M].北京:石油工業出版社,2013:156.