油田注水系統能耗指標及其影響因素分析

梁晶馬建國呂亳龍（.中國石油天然氣股份有限公司規劃總院；.中國石油天然氣股份有限公司勘探與生產分公司）

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油田注水系統能耗指標及其影響因素分析

梁晶1馬建國2呂亳龍1
（1.中國石油天然氣股份有限公司規劃總院；2.中國石油天然氣股份有限公司勘探與生產分公司）

油田注水系統是油田生產系統的用電大戶，也是油田節電的主要潛力系統；因此，對注水系統的用能評價工作至關重要。目前常用的注水系統用能評價指標有注水系統效率及注水系統用電單耗等。通過對油田注水系統常用能耗指標的分析、對比，選取適用的能耗評價指標，并對影響指標的因素進行定性、定量的分析，得出影響因素與指標之間的關系，可作為分析、提出注水系統評價指標值的依據。

注水系統；能耗指標；影響因素

1　現狀

油田注水系統主要由電動機、注水泵、注水泵出口流量調節閥、注水管網、井口及注水井等構成，除了注入地層的有效能量外，注水系統能量要消耗在電動機、注水泵、調節閥、管網和井口各處，由此構成了注水系統的總能耗。

油田注水系統主要以注水泵電動機的電能消耗為主，是各生產系統中耗電量最多的能耗系統之一[1]。以中國石油2011—2014年注水系統耗電量及注水量變化情況為例，中國石油各油田注水系統注水量及耗電量均呈明顯的上升趨勢，隨著注水量的逐年增長，注水系統耗電量也逐年增加。注水系統為油田主要的耗電生產系統，耗電量占到油田耗電量的30%～40%。

為了更好的評價油田各生產系統用能水平，2010年以來，油氣田企業積極開展能效對標工作。經過幾年的對標實踐，各單位在能效對標方面均積累了一定的經驗，能耗指標得到了有效控制，用能水平不斷提高。

然而，多年以來，對于油氣田能耗指標的研究多停留在對指標本身的研究，很少考慮不同類型油氣田、不同生產工藝等對指標的影響；因此，為實現油氣田能耗研究指標的合理性、可比性，為客觀評價油氣田用能水平、節能工作提供依據，需要開展油氣田各生產系統能耗指標研究。注水系統作為油氣田主要的耗電系統，開展其能耗指標研究也是非常必要的。

2　能耗指標及影響因素

2.1注水系統效率

注水系統效率指標是一個綜合的效率指標，不能通過檢測直接得出，而是通過泵機組效率、管網效率等的綜合計算得出。

1）泵效率及泵機組效率的高低直接影響注水系統的效率，是計算注水系統效率的主要指標。其中：

泵效率：泵的有效功率與泵軸功率的比值。

電動機效率：電動機實際輸出功率與輸入功率的比值。

泵機組效率：泵效率與電動機效率的乘積。

注水系統效率：注水系統范圍內有效功率與輸入功率的比值。具體由注水電動機平均運行效率、注水泵平均運行效率和注水管網運行效率3部分組成。

由以上分析可知，注水系統效率綜合反映了這個注水系統的運行情況，綜合考慮了泵、電動機和管網效率的影響。

2）注水系統效率指標存在的特點及存在問題。注水系統效率是評價注水系統能耗的重要指標，能夠直接反映注水系統用能水平。獲取指標值的前提是精確測定注水系統泵機組效率及管網效率等數據，在實際計算及應用中存在以下問題：通常油田采用定期抽查的方式測定注水系統泵設備的效率，做不到及時、全面，且得出的數據受當時設備的運行情況影響，不能準確反映設備運行的平均水平。泵機組效率、管網效率很難做到全面準確的檢測，導致注水系統效率無法準確測定。對泵機組效率、功率因數等指標的檢測都是在某一特定時間進行，結果僅對檢測時的運行工況負責，不能準確反映一段較長時間內的實際運行情況，檢測項目時間和空間上的不對等，導致不能準確計算系統效率，影響指標評判的準確性。此外，注水泵機組效率、功率因數、節流損失率均可以通過技術提升、參數優化等手段進行調整，使指標數值短期內達到要求的標準，并不適合作為一個評判注水系統長期能耗水平的評價標準[2]。

2.2注水系統用電單耗

1）注水系統用電單耗是衡量注水系統能耗水平的另一個重要指標。其值為一定時間內的耗電量與總注水量的比值。

以中國石油2011—2014年油田注水系統單耗數據分析可得，各主要油田在注水量及耗電量逐步增長的前提下，注水系統單耗基本保持穩定，由于注水系統單耗為耗電量與注水量的比值，說明近4年來，注水系統的耗電量及注水量基本保持相同的增長趨勢及幅度。注水系統單耗指標能較好地評判注水系統的用能狀況，能夠反映注水系統在任意時間段內的用能水平。

2）注水系統用電單耗指標的特點。注水系統用電單耗直接反映了注水系統的用能情況；計算所需的數據均是常規檢測項目（耗電量和注水量），通過對中國石油各油田及總體情況數據分析可得，注水系統用電單耗指標的數據穩定性高，在充分考慮影響因素并進行修正后的可比性較強；因此，相比注水系統效率更適合作為注水系統用能水平的評價指標。

3）注水系統用電單耗指標的影響因素。從注水系統注水單耗指標的計算公式中可以看出，影響指標大小的因素為耗電量和注水量，而耗電量的多少又取決于注水量的大小、注水壓力、泵等設備及管網的運行情況等；因此，可將影響注水系統注水單耗指標的因素可以分為地層因素、設備因素和管網因素3類，如圖1所示。

其中，主觀因素包括設備因素和管網因素，即注水泵運行效率、電動機運行效率、管網運行效率、注水管網工藝等；客觀因素包括地層因素，即注水壓力、注水量。

圖1　注水系統影響因素

注水泵運行效率反映了注水泵對電動機轉化的機械能的利用率。在其他條件相同的前提下，注水泵運行效率越高，泵作的有用功越多，所需要的能量越少，注水系統單耗越低。

電動機運行效率與注水泵運行效率相似，反映的是電動機消耗的電能與轉換成機械動能的能力，顯然，在其他條件相同的前提下，電動機效率越高，供給泵的有用機械能越多，消耗的電量越少，注水系統單耗越低。

管網運行效率的高低取決于泵管的匹配度，管網的壓降、節流等因素。在其他條件相同的前提下，管網運行效率越高，注水過程中的能量損失越少，注水系統單耗水平低。

注水管網工藝作為一個主觀因素，更多的是在注水系統設計階段考慮的，合理的注水管網工藝可以提高注水系統泵管的匹配程度，降低注水系統不必要的能量損失，從而提高整個注水系統的效率，降低注水系統單耗水平。

注水壓力反映地層所需要的能量。客觀反映了整個注水系統需要提供的能量，所有注水系統建設、運行、優化的前提都必須滿足注水壓力的需求。

注水量的大小直接影響注水系統的規模，從而影響了注水系統的能耗。理論上，注水量越大，注水系統整體能耗越高，同時會對注水系統單耗產生影響，而且注水量的大小也反映地層的實際需求水。

綜上分析，對于注水系統注水單耗指標來說，重點研究的客觀因素為注水壓力和注水量，其他主觀因素可用作分析注水系統單耗高低的原因和改進方向。

在確定了注水壓力和注水量為研究的主要客觀影響因素的前提下，繼續分析2個因素是否存在相互關聯，能否進一步的簡化。對于一個注水站來說，在評價注水站的單耗時，應考慮每1口單井的注水壓力和注水量對指標的影響，最終得到一個確定的單耗值。而在計算1個站的井口壓力時，由于注水量不同，不能用井口壓力的平均值，因此，可用注水量作為權數，對井口壓力進行加權平均計算，得到井口平均注水壓力。

綜上，影響注水系統注水單耗指標的因素，可歸結為井口平均注水壓力，在影響因素的定量分析中，可直接采用單因素分析法進行研究。

3　井口平均注水壓力與注水系統用電單耗指標之間的關系

通過對中國石油各個油田的796組數據的分析，可以得到反映中國石油油田注水系統井口平均注水壓力與注水用電單耗之間關系的散點圖，如圖2。

圖2　井口平均注水壓力與注水單耗關系

通過散點圖可以看出，注水系統用電單耗指標隨著井口平均注水壓力的升高有上升的趨勢，但關系并不明確，需要進一步分析。

對數據進行分類：每5 MPa一個壓力區間對數據進行分析整理，如圖3所示。

從圖3可以看出，在對每5 MPa井口平均注水壓力數據進行重新篩選計算后，可得到一條線性關系很強的函數圖象，可以說明井口平均注水壓力與注水系統注水單耗之間存在著明確的線性關系。

圖3　井口平均注水壓力與注水單耗關系

4　結論

相比注水系統效率，注水系統用電單耗指標更能直接反映注水系統用能水平，且計算方便，應用簡單；注水系統用電單耗作為研究指標時，客觀影響因素可只考慮注水系統井口平均注水壓力，二者有很強的線性關系。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.016

2015-12-28

（編輯 杜麗華）

梁晶，工程師，2011年畢業于中國石油大學（北京）（油氣儲運工程專業），從事油田節能降耗方面的研究工作，E-mail:jing.liang@petrochina.com.cn，地址：北京市海淀區志新西路3號中國石油規劃總院，100083。

[1]王蘭靈.注水系統節能挖掘措施[J].油氣田地面工程，2007，26（2）：29-30.

[2]別鋒鋒.油田注水系統規劃優劃研究[D].大慶：大慶石油學院，2004.