陸梁油田注水系統優化研究

桂文宇何馮清熊小琴李本雙

（1.中國石油大學（華東）石油工程學院；2.新疆油田公司工程技術研究院方案規劃研究所）

陸梁油田注水系統優化研究

桂文宇1何馮清2熊小琴2李本雙2

（1.中國石油大學（華東）石油工程學院；2.新疆油田公司工程技術研究院方案規劃研究所）

陸梁油田陸9井區存在注水能力不滿足地質配注需求、管網壓損較大、兩套注水壓力系統分布失衡、注水系統效率低等問題。針對這些問題分別對注水系統的站區和油區進行優化。優化后提高了注水能力，降低了管網壓損，達到了提高注水系統效率，降低注水單耗的目的，滿足了油藏開發“注夠水”的地質需求，為低滲透油田穩產、增效起到了重要作用。

陸梁油田；注水能力；管網壓損；注水系統效率；優化

陸梁油田于2001年投入規模注水開發，建成新世紀新疆油田第一個百萬噸整裝沙漠油田，至今已有15年，其主力油藏均屬薄層邊底水油藏，已進入“雙高”（高含水、高采出程度）開采階段。為保持油田穩產，持續采取了以水平井開發為核心的一系列注采結構立體調整措施，導致注水量迅速增加，原有的注水系統已不能滿足多層系、多井網地質配注需求，注水單耗偏高，注水系統整體效率偏低。如何對注水系統進行合理的優化，進一步優化系統配置，提高注水系統效率，實現注水系統既能最大限度滿足油田注水地質需求，又能達到節能降耗，降低水驅油田開發生產成本，具有重要的指導意義[1]。

1 注水系統存在主要問題

陸梁油田陸9井區設有高、低壓2座注水泵房，分別承擔著陸9井區呼圖壁河組油藏和頭屯河組油藏、西山窯組油藏及陸22井區的注水任務。該井區注水系統存在的問題有：高、低壓系統的設備注水能力滿足不了地質配注需要；由于油田不斷地加密，油水井數不斷增多，地質配注量逐年上升，設備注水能力不足地質配注的70%；局部注水管網口徑偏小，管輸能力不能滿足地質配注需求。油田注水是一個不斷調整的動態過程，隨著注水井數量、配注量的不斷增加，原來設計的注水管網結構以及管徑大小等已經不能很好的適應油田注水開發的需要，導致目前注水管網效率偏低，兩套壓力系統注水壓力分布失衡。陸9井區自開發以來實施分壓注水，但隨著油田的不斷開發，低壓系統欠注井增多，注水壓力大于8 MPa的水井占低壓系統總井數的18%；高壓系統大部分井注水壓力偏低，小于8 MPa的注水井占高壓系統總井數的74%，導致節流損失大，能耗高；注水系統效率低，高壓系統注水效率低至29.8%，注水單耗高至8 kWh/m3。

2 系統優化

對于注水開發油田來說，提高注水系統效率應從提高注水泵站和注水管網效率入手，這兩方面是相互聯系、相互影響的[2]。因此，需要分別對注水泵站和油區管網兩方面進行優化，提高注水系統效率，達到降本增效的目的。

2.1 注水站區系統

2.1.1 適應性分析

陸9井區高、低壓系統未來5年注水需求量預測及能力平衡見表1。

表1 陸9井區高、低壓系統未來5年注水需求量預測及能力平衡

由表1可知，高、低壓注水系統從2016年開始就無法滿足地質配注需求，高、低壓系統的設備注水能力均不足。

2.1.2 系統優化

提高注水泵效率是提高注水系統效率、降低注水能耗的重要手段。從注水泵運行泵效高低的情況來看，柱塞泵泵效較高，平均泵效81.2%，基本處于較高水平；離心泵泵效較低，只有65.4%，基本處于較低水平。在實際生產中，一般離心泵的額定揚程都高于實際注水干線的回壓，并通過節流閥門進行注水壓力和水量的調節。如果泵型選擇的不合理，泵的實際排量與額定排量相差較大，使泵不能在高效工況區運行，造成實際運行泵效低，同時也加大了節流損失，降低了管網效率。柱塞泵具有排量小、泵效高、注水壓力高的特點，通過對注水量較少、節流損失大、注水壓力較高的低效離心泵站實施高效柱塞泵進行代替離心泵的技術改造，以提高泵站運行泵效及管網效率[3]。由于該區塊注水量較大，只采用柱塞泵，則臺數會很多，只采用離心泵，泵效會較低。因此，采用離心泵+柱塞泵的方式運行，優先開啟離心泵，使離心泵滿負荷運行，離心泵運行完余下的水量由柱塞泵來打，柱塞泵采用變頻控制。

站區具體改造措施：低壓系統增設3臺排量為280 m3/h的離心泵，高壓系統新增設2臺排量為250 m3/h的離心泵和4臺排量為42 m3/h的柱塞泵；同時新建2座2000 m3注水罐和4座分水器。

2.2 油區注水系統

2.2.1 注水井優化

陸9井區自開發以來有高、低壓兩套壓力系統注水，但隨著油田的不斷加密，高、低壓系統的壓力分布存在著問題，高壓系統注水壓力小于8 MPa的注水井占高壓系統總井數74%，低壓系統因欠注而注水壓力大于8 MPa的注水井占低壓系統總井數18%。迫切需要對高、低壓系統注水壓力相差較大的井進行優化，以便解決高壓系統部分水井節流損失大、低壓系統欠注的問題。

具體調整改造措施：將高壓系統注水壓力小于8 MPa的17口注水井就近接入低壓系統，將低壓系統因欠注而注水壓力大于8 MPa的25口注水井就近接入高壓系統，無法依托且相對集中的井就近新建配水間。

2.2.2 注水管網優化

2.2.2.1 適應性分析

陸9井區有高、低壓2套注水管網，分別建有7、8條注水干線，其中有4條干線均是油田開發初期建設的。隨著油田的開發，注水量迅速增加，部分干線的管輸能力不足，管網壓損增大。

采用PipePhase軟件模擬計算高、低壓注水系統的注水情況，模擬出高壓系統2016年管網壓損范圍為0.33～3.75 MPa，其中A、C線壓損均超過了3 MPa；低壓系統2016年管網壓損范圍為0.19～1.12 MPa，其中C、D線壓損均超過1 MPa；2021年管網壓損范圍為0.32～2.8 MPa，其中B、C、D線壓損均超過了1 MPa，最大壓損為2.8 MPa。因此，高、低壓系統管輸能力不足的干線需進行優化。

2.2.2.2 注水管網

利用PipePhase軟件模擬調整高、低壓注水系統注水管網，模擬出需要新建干、支線，增大管徑，合理優化各條干線所帶配水站。

1）注水干線。具體優化改造措施：高壓系統新建注水A、D線的復線A-1、A-2、D-1，均采用DN150的非金屬管線，將11、17號站接入新建A-1注水干線上，將10、13號站、新建1號（10）站接入新建A-2注水干線上，將2（2-1）、3（3-1）號站、22、新建2號（5）站接入新建D-1注水干線上；新建1條注水線I至19號站附近，采用DN100非金屬管線，將15、16、19、20號站接入新建的注水干線上。

低壓系統新建注水B、C、I線的復線B-1、C-1、I-1，分別采用DN200、DN150、DN150的非金屬管線，將6（6-1、6-2）、22-1、5（5-2）號站接入新建B-1注水干線上，將2（2-1）號站接入新建C-1注水干線上，將13（13-1）、11號站接入新建I-1注水干線上。

2）注水支線。高壓系統注水支線大部分采用DN65非金屬管線，遠遠不能滿足新增注水需求，需要對口徑小流量大的支線進行更換。新建DN80注水支線4.17 km，新建DN100注水支線4.07 km，均采用非金屬管線。

低壓系統部分配水間的配注量達到了400 m3/d以上，加上多個配水橇共用1條注水支線，現有的DN80注水支線不能滿足注水需求。新建DN80注水支線0.77 km，DN100注水支線6.03 km，新建DN150注水支線1.5 km，均采用非金屬管線。

3 優化效果

1）合理改造注水站，增加高、低壓系統的注水設備，解決了陸9井區注水系統配注能力不滿足地質配注需求的問題。改造后，高壓系統注水能力由原來的4300 m3/d提升至9000 m3/d，低壓系統的注水能力由原來的8600 m3/d提升至18 000 m3/d，能較好地滿足陸梁油田未來5～10年的注水增量需求，具有較強的適應性。

2）注水井的優化，解決了高壓節流損失、低壓欠注的問題。

3）合理優化油區注水管網，增加注水干、支線，解決了管輸能力不足、管網壓損大的問題。優化后管網壓損控制在1 MPa以內，滿足注水規范要求。

4）通過對站區和油區的優化，提高了注水系統效率，降低了注水單耗。注水系統優化前后效率對比見表2。

表2 注水系統優化前后效率對比

由表2可知，優化后高壓系統的注水系統效率由29.8%提高至40.72%，注水單耗由8 kWh/m3降至5.4 kWh/m3；低壓系統的注水系統效率由44.9%提高至45.2%，注水單耗由4.2 kWh/m3降至3.9 kWh/m3。

4 結論

油田注水系統的高耗能問題，一直是制約我國油田開采效率的重要影響因素[4]，油田注水是開發的基本方式，是維持油田高產穩產的重要手段，而注水耗電一般要占油田總用電的33%～45%[5]；因此，根據油田開發形勢的變化及注水需求，適時對注水系統進行優化，既可滿足高含水階段穩產，又可節能降耗。陸梁油田注水系統優化改造后，可日節電2.6×104kWh，年節約電費647萬元，新增注水量1576 m3/d，解決了54口井欠注的問題，預計每天增油15 t，年增油4500 t。

注水系統優化應充分考慮注水規模、壓力需求及注水區域位置分布等相關因素，選定合理的設備及注水工藝，加大新技術、新工藝的研究，力爭做到在滿足油田生產的前提下，達到節能降耗，提高油田開發經濟效益之目的[6]。

[1]豐國斌.對油田注水系統節能降耗的探討[J].油氣田地面工程，1996，15（1）：17-18.

[2]范云敏，崔本敬，黃健，等.提高注水系統效率的研究與實踐[J].河南石油，2003，8（17）：34-35.

[3]顧曉，竇守進，李國生.注水系統節能降耗技術應用[J].資源節約與環保，2008，24（3）：49-53.

[4]高鵬.關于油田注水系統節能降耗途徑的研究[J].化工管理，2016（2）：157.

[5]余剛.油田注水系統節能降耗潛力及措施分析[J].河北企業，2016（1）：116.

[6]王乙福.注水系統節能降耗技術[J].油氣田地面工程，2007，26（8）：34.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.014

2017-04-12

（編輯 王艷）

桂文宇，中國石油大學（華東）石油工程學院在讀，E-mail：2962790366@qq.com，地址：山東省青島市黃島區中國石油大學（華東）石油工程學院，266580。