杏北油田注水系統節能措施分析

王中專（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

杏北油田注水系統節能措施分析

王中專（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

杏北油田注水系統受開發水量變化等因素影響，存在注水泵額定運行壓力較注水井網需求壓力過高、注水泵供水能力不能實時動態匹配需求水量等問題，造成注水系統壓力、水量供需不平衡，使系統能耗偏高。針對這些問題，采取了注水系統管網優化、降壓、單點調速技術改造等措施，泵水單耗從“十二五”初期的6.02 kWh/m3下降到了目前的5.70 kWh/m3以下，實現注水系統的提效降耗。同時，提出一些認識和建議，為今后注水系統優化運行和調整提供借鑒。

注水系統；注水壓力；注水量；優化調整

為適應不同開發階段對水質的要求，杏北油田逐步形成了普通水注水系統、深度水注水系統及三采注水系統3套注水系統。據統計，杏北油田注水系統耗電量約占地面系統總耗電的60%，注水系統節能降耗工作成為地面系統節能降耗重點。

1 影響注水系統優化運行的因素

1.1 區域內井網少部分注水井需求壓力高

杏北油田注水壓力整體分布呈純油區低、東西過渡帶高的規律，純油區局部區域少數注水井壓力需求較高。為滿足整體注水井開發需求，注水站的出口壓力保持在較高的水平，對多數注水井來說，系統供水壓力過高，只能通過配水閥組控壓節流，導致注水系統整體壓力損失增大，造成泵水能耗升高。如杏四、杏五區中部聚驅區塊，57口注入井最低破裂壓力為12.5 MPa，最高破裂壓力14.7 MPa，相差2.2 MPa；最低實際注入壓力9.8 MPa，最高注入壓力14.7 MPa，相差4.9 MPa；最高注入單井需求壓力高于平均注入壓力約1.3 MPa，造成注水站來水壓力整體提高，能耗損失大。

1.2 注水量發生動態變化

受鉆關、周期注水、冬季生產調整等因素影響，注水井網注水量發生較大變化，平均日注水量最高達到20.19×104m3，最小注水量僅為16.32×104m3，波動量達到3.87×104m3，且水量變化區域比較分散。僅靠注水泵階梯狀靜態運行能力的調節，無法適應開發水量需求的動態變化，造成泵水單耗波動較大，系統無法持續高效運行。2011年杏北油田注水系統注水量、水泵單耗變化情況如圖1所示。

圖1 杏北油田注水系統水量、單耗變化曲線

1.3 新井產注差異造成注水泵供水不足

隨著產能區塊新井陸續投產，地面注、產差呈增大趨勢。新產能區塊注水站在污水供水不足、清水無法大量補充的情況下，只能控制閘門運行，使泵管壓差較大，注水效率降低。杏二中西塊二次加密井和杏一～三區西部高濃度聚驅井陸續投產后，區域內注水量增加，由于該區域注、產差增大，杏十九聯注水站供水不足，為保證機泵合理運行工況采取控制閘門運行，平均運行泵壓為15.9 MPa，平均運行管壓為13.8 MPa，新產能區塊注水系統效率降低，運行單耗上升。而且，深度注水系統其他區域平均運行泵、管壓力分別為15.1 MPa和14.8 MPa，杏一～三區局部管網壓力偏低，同時顯現出注水管網連通性差的問題。

1.4 局部注水站運行能力供過于求

由于開發層系調整，地面水質進行適應性調整，部分普通注水井調整到深度注水管網，普通注水井網規模減小，井網分布發生較大變化，部分區域井數明顯減少。普通注水系統各注水站所屬區域管網壓力分布差異性較大，杏一～三區管網壓力偏高，區域壓差達到0.7 MPa。普通注水系統注水泵運行能力為4.8×104m3/d，實際井網需求能力只有4.64×104m3/d，系統內供過于求矛盾突出；而且，杏一～三區東、西部井網密度較小，需求水量少，尤其是杏一～二區東部3條注水干線和東部聯絡線僅掛接46口注水井，受管網疏導能力限制，杏一～三區東、西部所轄注水站平均出站管壓較高，注水站運行效率偏低，泵水單耗較高。

2 注水系統優化調整措施

2.1 結合注水開發需求采取分壓、降壓措施，降低系統運行壓力

針對杏北油田因部分注水井需求壓力高而整體運行壓力較高的問題，根據油田注水壓力分布特點，制定個性化降壓措施[1]，提高系統效率，降低注水能耗。

2.1.1 普通注水系統實施全局降壓

杏北油田普通注水系統主要由純油區的基礎井網和部分一次加密井組成，開發層滲透率高，整體注水壓力較低。對此，在普通注水系統對普通注水泵進行減級改造[2]，實現全局降壓。降壓后，系統平均泵、管壓力分別下降了1.27 MPa和1.08 MPa，平均注水單耗由減級前的 5.84 kWh/m3下降到5.6 kWh/m3，下降了0.24 kWh/m3，每天節電1.25× 104kWh。

2.1.2 深度注水系統實施分壓、降壓和局部增壓

根據深度注水井網壓力分布特點，對于過渡帶高壓區域，保留注水站機泵的高壓運行能力；對于純油區低壓區域，采取注水泵減級改造措施，實施整體降壓；同時，為了滿足低壓區域局部高壓井的注水需求，采取局部或單井增壓注水措施[3]。

通過采取分壓、降壓和局部增壓措施，提高了系統運行效率，降低系統運行能耗。杏北油田深度注水系統平均泵壓下降了0.69 MPa，平均管壓下降了0.79 MPa，系統泵水單耗下降了0.17 kWh/m3，取得了較好的節能效果。

2.2 系統運行優化、單點技術改造，提高系統運行效率

針對注水井網注水量動態變化、注水泵靜態運行能力無法連續匹配導致注水系統能耗波動較大的問題，采取優化運行和技術改造的措施，增強適應開發水量變化的調節能力，保證注水系統高效低耗運行。

2.2.1 優化水聚并網運行方式，提高系統間能力互用

三采區塊不同開發階段注水量變化較大，階段性出現供過于求情況，為此，增加三采注水站與水驅管網的連通管線。將杏二十四和杏二十五注水站出站管線與深度網注水干線和普通網注水干線連通，在“三采水補水驅水”的原則下，實現三采注水井網與水驅注水井網的并網運行，將三采注水系統閉環內的剩余注水能力轉移到水驅系統，實現能力互用，提高系統運行效率，降低泵水單耗。全年三采注水系統累計轉移富余注水能力591×104m3，水驅注水系統減少啟泵2臺，三采注水系統泵水單耗降低0.06 kWh/m3。

2.2.2 加強調速技術的應用推廣，調高系統連續匹配能力

在普通注水系統和深度注水系統進行多點前置變頻技術改造[4]。普通注水系統壓差降低0.18 MPa，泵水單耗下降0.09 kWh/m3；深度注水系統壓差降低0.33 MPa，泵水單耗下降0.04 kWh/m3。

在三采注水系統進行單點斬波內饋調速技術改造[5]。杏十注水站通過技術應用，實現泵水單耗由6.03 kWh/m3下降到5.34 kWh/m3，下降0.69 kWh/m3。

2.3 結合產能新增水量需求平衡供、注、需關系，降低注水能耗

針對杏二區中部和西部過渡帶北塊二次加密及杏一～三區西部高濃度聚驅產能投產后，注水系統整體呈現注產差增大趨勢，而區域內局部表現出供水量不足的情況，多措并舉，保障系統優化運行。

2.3.1 增加清水補充管線，保證區域供水平衡

目前，杏北油田能夠補充清水的注水站僅有新杏九注、杏二十注、杏二十四注、杏十二注、杏十八注及杏十注6座站。為提高注水站運行效率，按照“三采區塊集中補清水、水驅區塊平衡污水”的原則，為三采杏二十五聯注水站增加清水補水管線，一方面將污水平衡至水驅杏十九聯注水站，改變該站勒閘控水運行方式，提高注水效率，降低泵水單耗；另一方面提高三采系統聚合物溶液稀釋黏度，保證聚驅開發效果。圖2顯示了清水管線增加位置。

圖2 杏北油田清水補充點

2.3.2 優化注水管網連通性，保證系統壓力平衡

針對局部出現的供水不足、注水壓力偏低的現象，優化注水管網連通性，將杏1-3排和杏1-丁2排薩大路東西兩段注水干線連通，將杏3-4排和杏4-3排注水干線與西部聯絡線連通，提高系統內注水能力的連通互用，解決局部壓力偏低問題。

2.4 聚驅后注入管網優化調整，緩解普通注水系統局部供需矛盾

針對杏一～三區普通注水管網壓力偏高問題，根據普通注水系統供需關系，結合開發要求，將杏一～二區東部5座聚驅后續水驅階段注入站供水管線調整到普通網杏1-3排主線、1-3排復線和杏2-1排主線。調整后普通系統注水量增加3302 m3/d，普通注水系統運行能力為4.8×104m3/d，井網需求水量增加到4.94×104m3/d，可以滿足注水需求。該措施有效緩解杏一～三區局部供需矛盾[6]，提高系統運行效率，降低系統運行單耗。

2.5 研究開發重點能耗設備動態控制圖，提高節能管理水平

杏北油田針對地面系統重點能耗設備運行情況，研究開發能耗控制圖軟件，實現系統能耗設備的對標管理和梯度管理。通過應用該軟件，一方面快捷的實現注水系統注水泵運行壓力、水量和單耗等參數的統計，便于系統和單站及單泵分析；另一方面，該軟件對不同類型注水泵進行分類統計分析，制定標準區域，提示低效高耗區域注水泵運行狀態，指出低效高耗原因及降低能耗的措施，為注水泵優化運行提供指導。

3 結論及認識

“十二五”期間，杏北油田注水系統加強節能管理力度，通過優化啟泵運行、注水泵減級降壓、注水泵單點調速技術改造、管網優化調整等措施，實現了注水系統整體壓差由5 MPa下降至4 MPa，系統泵水單耗由6.02 kWh/m3下降至5.70 kWh/m3的節能效果。

1）周期注水、鉆關、新井投產及油井轉注等因素，導致注水系統井網需求水量發生動態變化，注水泵靜態運行能力無法連續匹配動態變化，造成供需不平衡。因此，地面注水系統的優化運行，要以滿足開發變化需求，增強水量變化的調節能力為目的。

2）從近幾年的運行情況分析，在新建區塊注水泵的揚程選擇上，可適當進行降低。杏北油田從2007年開始采用注水泵減級措施，目前已經對23臺注水泵進行了減級，其中普通注水系統全部運行10級注水泵，能夠滿足開發需求。

3）三采開發區塊，不同開發階段注水量發生較大變化，按照注入前期以“水”補“聚”，中期以“聚”補“水”，后期“水聚并網”的思路，采取站內連通或站外并網的模式建設，既能降低注水站設計規模，又便于運行過程中系統間富余能力轉移互用。

[1]齊振林.大慶油田地面工程優化簡化工藝技術[M].北京：中國科學技術出版社，2010：191-197.

[2]馬宏福.油田注水站節能措施[J].油氣田地面工程，2013，32（7）：115.

[3]大慶油田有限責任公司，大慶油田地面工程建設設計規定：Q/SY DQ0639—2015[S].大慶：大慶油田有限責任公司，2015：13-14.

[4]吳九輔.泵控泵（PCP）自動化注水泵站系統[M].北京：石油工業出版社，2007：208-209.

[5]徐國民.高含水后期油田節能新技術[M].北京：石油工業出版社，2014：100-107.

[6]王中專.杏北油田三采注水系統優化措施分析[J].石油規劃設計，2016，27（4）：44-47.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.03.010

2016-11-09

（編輯 鞏亞清）

王中專，工程師，2009年畢業于中國石油大學（華東）（石油工程專業），從事油田地面工程規劃與技術管理工作，E-mail：wangzhongzhuan@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市第四采油廠規劃設計研究所，163511。