油田注水系統管網優化

楊琦

油田注水系統管網優化

鹿桂華1楊琦1夏魯2徐敏航3彭少華4

1中國地質大學（北京）水資源與環境學院2中原油田采油三廠3中海油研究總院4中國石化發展計劃部

油田注水管線年費用折算包括按年計的管網建造費用和管理費用，它是管道經濟計算時的目標函數。針對管網研究成果編制了相應的優化軟件，并對中原油田采油三廠的4條注水干線（衛一北、衛二北、衛一南、衛二南）進行了分析，其中衛二北、衛一南注水管線需要進行清洗，投資回收期小于1年。上述2條注水管線均進行了化學清洗，總投入約19萬元，2條注水干線的效率提高了8%，年節約電費約20萬元，不但取得了較好的經濟效益，還可以確保油田注水管道安全運行，目前該技術在油田其他采油廠進行推廣應用。

注水；經濟流速；投資回收期；管線；流量；優化

中原油田主要采用將處理后的油田產出水注入地層，維持地層壓力，以保證油田穩產增產。油田每天注水量約12×104m3，注水管線（包括注水干線，分支線和單井管線）擔負著將注入水輸至各注水井口的橋梁作用，總長約280km。根據油田生產建設經驗，結合理論計算，得到油田不同注水管徑的經濟流速，既可以優化管道設計，還可對管道運行維護提供參考。

1 注水管線水力損失計算

注水管道流體流速公式為

根據舍維列夫公式，舊鋼管或舊鑄鐵管沿程阻力系數計算公式為

當流體v≥1.2m/s時

當流體v＜1.2m/s時

油田內注水管線液體流速通常大于1.0m/s，即使部分注水管線流體流速小于1.0m/s，通過比較公式（2）計算的結果與公式（3）計算的結果可知i值相差不大，由于摩阻系數i值較小，為了簡化計算，注水管線水力損失計算采用如下公式

式中v為管內流速（m/s）；q為管段流量（L/s）；D為管線內徑（m）；L為管長（m）；H為注水干（支）線的水頭損失（m），其中HJ取HY的15%進行計算。

2 注水管線年費用折算值

油田注水管線年費用折算包括按年計的管網建造費用和管理費用，它是管道經濟計算時的目標函數，注水管線年費用折算值公式為

注水管線的建造費C=a+bDα

式中D為管段內徑（m）；t為投資償還期（a）；q為管段的總流量（L/s）；ηS為泵站效率；W為管線年費用折算值（元）；a、b、α為單位管線造價公式中的系數；P為每年扣除的折舊費和大修費，以管網造價的百分數計；M為每年管理費，包括動力費用M1和折舊大修理費M2（元）；E為電價（元/千瓦時）；C為管線總建造費用（元）。

3 注水管線建造費用公式

油田不同注水管徑和造價的對應關系見表1。

根據表1做出單位管線（每米管線）造價C與管徑D的關系曲線，如圖1所示。可得D=0，C=a=50。

把Lg(C-a)與LgD的對應關系數據列入表2。

根據表2，可以繪制Lg(C-a)與LgD的對應關系圖。

得出α=1.86，b=1.75×104。從而得出油田注水管線（單位長度）建造費用公式

表1 油田注水管徑D和造價C的對應關系

表2 lg(C-a)與lgD的對應數據關系

3.1 注水管線經濟流速分析

圖1 單位注水管線造價C與管徑D的關系曲線

把α=1.86、E=0.486元/千瓦時、b=1.75× 104、P=12.5、t=5(a)代入公式（8），并將q= 0.785D2v代入上式，得注水管線的經濟流速公式

其中：注水管線的折舊費按直接綜合折舊，年限為12年；年修理費按年折舊額的50%計算，投資償還期按5年計算。

根據公式（9）計算各種注水管線相應的經濟流速，見表3。

3.2 注水管線界限流量分析

每種標準管徑不僅有最經濟的流量，而且有其經濟的界限流量范圍，在此流量范圍內使用這種管徑都是經濟的，超過界限流量范圍就需選用大一號或小一號的標準管徑。根據相鄰兩標準管徑D1和D2的年折算費用相等可確定界限流量，相應的流量q1即為相鄰管徑的界限流量，q1為D1的上限流量，又是D2的下限流量。凡是管段流量在q1和q2之間的，應用D2的管徑。

將相鄰兩標準管徑Dn-1和Dn分別代入年折算費用公式得

表3 各種規格注水管線的經濟流速

表4 注水管線的界限流量

按相鄰兩檔管徑的年折算費用相等，可得

根據公式（10）求得油田各種規格注水管線的界限流量，見表4。

從以上分析可知，注水管線的實際注水量一般小于其界限流量上限，若一些注水干線配水量較大，可考慮由附近配水量較小的注水干線分流，或增建注水干線。若注水管線水頭損失較大，一般是由于結垢較嚴重造成的。

4 結論

針對管網研究成果編制了相應的優化軟件，并對中原油田采油三廠的4條注水干線（衛一北、衛二北、衛一南、衛二南）進行了分析，其中衛二北、衛一南注水管線需要進行清洗，投資回收期小于1年。上述2條注水管線均進行了化學清洗，總投入約19萬元，2條注水干線的效率提高了8%，年節約電費約20萬元，不但取得了較好的經濟效益，還可以確保油田注水管道安全運行，目前該技術在油田其他采油廠進行推廣應用。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.011