注水系統(tǒng)節(jié)能降耗措施研究與應用

張鳳 聶聰 梁世英 王海鳳 林晶

摘 要：渤南油田油藏類型多、構造復雜，導致注水系統(tǒng)壓力高、分布較為分散，注水單耗很高。文章介紹了近年來渤南油田在提高注水系統(tǒng)效率、降低能耗方面實施的重點措施，以及由此帶來的一些關于節(jié)能降耗方面的認識和思考。

關鍵詞：注水系統(tǒng)；節(jié)能降耗；應用分析

1 概況

河口采油廠采油302隊管轄渤南油田二區(qū)、三區(qū)、渤深六等低滲透區(qū)塊，現(xiàn)有注水井64口，開井41口，日注水量3000方，平均泵壓27.3兆帕，油壓23.5兆帕。有高壓注水泵站11座，配水間12座。隨著對節(jié)能要求的不斷提高，作為一個典型的高壓注水大戶，其能耗問題是不容忽視的。

注水系統(tǒng)主要是由電機、注水泵、注水管網(wǎng)、調節(jié)閥、井口以及注水井等構成。沿注水流程，用節(jié)點分析技術對注水系統(tǒng)進行能耗分析。

注水系統(tǒng)的能流模型圖

由圖可知，要降低注水能耗，必須從降低D1、D2、D3、D4入手。

2 影響注水系統(tǒng)能耗的因素

下面從電機、注水泵、注水管網(wǎng)三方面對影響注水系統(tǒng)能耗的因素進行分析。

2.1 電機能耗分析。注水系統(tǒng)電機與注水泵不匹配，造成“大馬拉小車”現(xiàn)象，使功率因數(shù)降低，電機效率降低，致使無功損耗增大。

2.2 注水泵能耗分析。注水泵主要是柱塞泵。柱塞泵損失是由泄漏損失、充填損失、機械摩擦及粘性摩擦引起。另外，由于柱塞泵無法調節(jié)水量，而實際生產中注水量又時有波動，這樣就造成排量與實際注水量不能合理匹配，為按實際需求注水，只能將部分高壓水打回流，從而造成能量損失。

2.3 注水管網(wǎng)能耗分析。注水管網(wǎng)主要由管線、閥門、彎頭及三通等組件組成。影響注水管網(wǎng)能耗的因素分析如下：（1）泵管壓差損失。泵站泵管壓差大一方面是因為實際注水量遠小于額定排量。另外系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定，為避免電機超負荷運行，操作人員只好控制泵出口閥，使泵在小排量、高揚程工況下運行，使泵管壓差偏大。（2）注水干線沿程管損和單井管線管損。由于管線管損受管線內徑、內表面粗糙度和流體粘度影響很大，造成注水管線管損普遍較高。（3）配水間配水節(jié)流損失。因注水井注水壓力差別大，為控制注水量在配注范圍內，低壓注水井的高壓來水剩余壓力被配水間閥門節(jié)流掉了。（4）閥門、彎頭、三通等局部損失。

3 存在問題及能耗節(jié)點潛力分析

3.1 注水系統(tǒng)節(jié)能降耗面臨的主要問題。（1）注水系統(tǒng)設備老化。我隊除31號泵站外，均于建隊初期投入使用。注水系統(tǒng)設備投用時間長，泵設備老化嚴重，維修頻率高，泵效低，能耗高，對注水系統(tǒng)效率的提高影響較大；管網(wǎng)結垢、腐蝕穿孔嚴重，壓力損失大造成系統(tǒng)效率低。（2）注水井壓力差異大。同一注水管網(wǎng)的注水井壓力差異大，注水量波動大，且無法通過管網(wǎng)進行調配，只能按最大注水壓力運行，注水壓力低的井通過閥門節(jié)流。因此，注水壓力越低的井損失的能量越多，從而降低了整個注水系統(tǒng)的效率。（3）注水管網(wǎng)效率低。一是注水管網(wǎng)建設早，滿足不了注水量增長的需要；二是部分管網(wǎng)隨著注水開發(fā)方案的調整出現(xiàn)布局不合理，一部分干線注水負荷增大，而另一部分干線則注水負荷減少；三是注水水源為油田采出污水，水質處理不合格造成管網(wǎng)腐蝕結垢嚴重，管線穿孔爆裂情況時有出現(xiàn)。

3.2 注水系統(tǒng)能耗潛力分析。（1）推廣應用注水泵新技術，提高注水泵機組效率。對于投用年限長、泵效低、大修頻繁的泵，計劃逐步分批次進行更換，提高泵運行效率，達到節(jié)能降耗的目的。（2）推廣分壓注水、增壓注水技術，提高注水系統(tǒng)效率。針對注水井壓力差異大的情況，遵循整體降壓、分區(qū)分壓、局部增壓、合理搭配注水工藝技術的原則，對注水壓力進行分析，對中低壓井采取整體降壓，高壓井采取局部增壓和分區(qū)分壓的注水工藝，進一步提高注水系統(tǒng)效率，降低注水能耗。

4 注水系統(tǒng)節(jié)能降耗的技術措施

注水系統(tǒng)能耗巨大，隨著注水需求的不斷增長，注水能耗還將進一步上升。對此進行了大量技術研究與改造，使平均注水效率得到了提高。

4.1 降低電機損失。做到合理配置電機，主要從以下三方面入手：第一，選擇節(jié)能型高效電機；第二，針對生產中存在的各種腐蝕現(xiàn)象，選用封閉式電機。第三，功率與負荷合理匹配，避免大馬拉小車，造成無功功率損失。

4.2 注水泵節(jié)能改造技術。在注水系統(tǒng)中，因泵效低而造成的能量損失最多，因此，注水泵節(jié)能是降低注水系統(tǒng)能耗的關鍵。由于注水泵性能與系統(tǒng)負荷不匹配造成能量浪費較大，系統(tǒng)效率偏低，主要表現(xiàn)在：①注水泵排量與注水井配注量不匹配；②部分低效泵能耗高。對此，應做到注水泵型合理匹配，以提高運行效率。注水系統(tǒng)中導致泵運行效率低的主要原因：一是泵的額定工況與注水工藝參數(shù)不匹配而被迫選用大排量泵，然后又用閥門節(jié)流；二是所需排量介于一臺泵和兩臺泵之間，導致并聯(lián)的兩臺泵各自運行在小流量低效區(qū)。據(jù)此進行注水泵型匹配組合研究，采用大小泵合理搭配，盡可能減少回流，使泵排量與實際注水量匹配相當，保持在高效區(qū)運行，達到節(jié)能的目的。

4.3 注水壓力系統(tǒng)及管網(wǎng)優(yōu)化技術。要提高管網(wǎng)效率，需要進行壓力系統(tǒng)及管網(wǎng)優(yōu)化調整，主要技術包括：（1）合理布站優(yōu)化系統(tǒng)管網(wǎng)流程。注水站盡量布置在注水管轄區(qū)的中心位置，注水半徑不易過長，要將注水泵到注水井口的壓力損失控制在1MPa之內。對于邊遠區(qū)塊，可采用低壓長距離供水，小站高壓短流程注水，減少因高壓管線過長而造成的管網(wǎng)沿程阻力損耗。（2）降低管網(wǎng)摩阻損失。主要采取的措施有：a.合理選擇注水管管徑。b.降低管道內壁粗糙度，減少由于粗糙而引起的管網(wǎng)磨損與能量損失。c.嚴格控制注入水水質。d.減少局部阻力損失。盡可能在管網(wǎng)中少置三通、變徑、彎頭、閥件等部件。e.在滿足注水量和注水壓力的前提下，盡可能減少管線長度。（3）分區(qū)分壓注水技術。針對注水壓力分布散、高壓井比例大的情況，分區(qū)分壓注水工藝技術是提高其管網(wǎng)效率的最主要措施。

5 結束語

隨著油田注水需求的不斷增長，注水能耗也將急劇增長。因此，降低注水能耗增長速度、研究節(jié)能降耗措施成為當前降低生產成本的主要方面。只有通過對影響注水系統(tǒng)能耗因素及注水系統(tǒng)節(jié)能降耗面臨的主要問題潛力點進行深入分析，從實際出發(fā)提出注水系統(tǒng)節(jié)能降耗的技術措施，對注水系統(tǒng)節(jié)能技術發(fā)展趨勢及重點攻關方向有成熟的思路和方法，才能保證注水系統(tǒng)節(jié)能降耗工作有一個長遠的發(fā)展前景。

參考文獻

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