油田注水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方法

潘永偉（大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠）

1 注水系統(tǒng)狀況

1.1 區(qū)域供過于求的矛盾較為突出

注水系統(tǒng)按照供水對象不同，劃分為普通、深度及三采共3套注水管網(wǎng)，其中普通網(wǎng)上游主要承接三采產(chǎn)液脫后普通污水，下游主要向基礎(chǔ)井網(wǎng)、一次加密井網(wǎng)以及后續(xù)水驅(qū)井網(wǎng)供水。近幾年，隨著三采開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，地層壓力逐漸升高，使三采產(chǎn)液量不斷升高，注入水量逐漸減少，最終導(dǎo)致上游水源過剩，下游注入困難，系統(tǒng)供過于求，管網(wǎng)壓力升高的問題[1]。與2015年初對比，普通網(wǎng)注水量由47 523 m3下降至35 877 m3，管網(wǎng)壓力從14.94 MPa上升至15.98 MPa，系統(tǒng)供過于求的問題較為突出（表1）。

表1 某油田普通注水系統(tǒng)主要參數(shù)變化情況

1.2 注水井水量變化幅度較大

某油田生產(chǎn)注水井6016口，受鉆關(guān)、管道維修、冬季保管道等因素影響，注水量季節(jié)性波動(dòng)明顯，冬季最大注水量為21.3×104m3/d，夏季最小注水量為19.2×104m3/d，差幅達(dá)2.1×104m3/d。由于注水泵無變頻等連續(xù)調(diào)速技術(shù)，只能采取大、小泵啟停泵的方式實(shí)現(xiàn)水量的階梯式調(diào)節(jié)，難以保障供需能力連續(xù)匹配，導(dǎo)致部分階段系統(tǒng)管壓及單耗顯著升高[2]（表2）。

表2 2017年某油田注水系統(tǒng)注水量變化情況

1.3 部分注水泵單耗長期超標(biāo)

某油田共建設(shè)注水泵機(jī)組64臺，部分注水泵單耗超指標(biāo)范圍，主要原因有以下三個(gè)方面：

1）泵水能力與管網(wǎng)壓力不匹配造成單耗超標(biāo)。隨著管網(wǎng)壓力逐漸升高，注水泵泵水阻力相應(yīng)加大，部分機(jī)組泵水能力與管網(wǎng)壓力不匹配導(dǎo)致單耗超標(biāo)。其中，某1注水站2#注水泵投產(chǎn)于2015年，型號為D300-150×11。從表3可以看出，該泵在管壓小于15.8 MPa時(shí)，泵水單耗可控制6.0 kWh/m3以內(nèi)，但隨著管網(wǎng)壓力升高，機(jī)組泵水能力與管網(wǎng)壓力不匹配，導(dǎo)致單耗超標(biāo)。

表3 某1注水站2#注水泵單耗與管壓關(guān)系變化情況

2）注水泵機(jī)組老化低效造成泵水單耗超標(biāo)。注水泵長期運(yùn)行，其轉(zhuǎn)動(dòng)部分、傳動(dòng)部分、電動(dòng)機(jī)部分以及潤滑、冷卻等系統(tǒng)均可受腐蝕老化影響造成設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不良，泵效降低，單耗升高。其中，某2注水站1#注水泵投產(chǎn)于2001年，型號為D400-150×10。該泵設(shè)計(jì)日供水能力9600 m3，實(shí)際供水能力6646 m3，最大運(yùn)行電流僅172 A（同規(guī)格其他泵在200 A以上），泵水單耗6.15 kWh/m3（指標(biāo)要求小于5.8 kWh/m3），運(yùn)行泵效73.64%（指標(biāo)要求大于78%），機(jī)泵單耗高、泵效低、泵水能力差，無法滿足生產(chǎn)需求[3]（表4）。

表4 某2注水站1#注水泵生產(chǎn)參數(shù)變化情況

3）注水泵自身高耗低效造成單耗超標(biāo)。部分注水泵由于機(jī)泵安裝、調(diào)試、電動(dòng)機(jī)匹配以及其他自身因素影響，使泵水單耗長期處于超標(biāo)狀態(tài)，該類泵在不同管壓下泵水單耗長期超標(biāo)，其數(shù)值不隨管壓變化而變化。其中，某3注水站4#注水泵投產(chǎn)于2012年，型號為D200-150×11。從表5可以看出，該泵在不同管壓下單耗持續(xù)超標(biāo)，且無明顯變化趨勢。

表5 某3注水站4#注水泵單耗與管壓關(guān)系變化情況

2 思路及措施

2.1 優(yōu)化運(yùn)行思路

針對上述問題，圍繞“增加用水需求，引入高壓變頻，治理高耗設(shè)備”的方法開展系統(tǒng)優(yōu)化，從源頭上控制管壓，過程中優(yōu)化運(yùn)行，節(jié)點(diǎn)上控制單耗。

2.2 優(yōu)化調(diào)整措施

2.2.1 優(yōu)化供注關(guān)系，增強(qiáng)井網(wǎng)聯(lián)通

按照開發(fā)安排，2017年6月A區(qū)西部全面進(jìn)入后續(xù)水驅(qū)階段，為緩解普通注水系統(tǒng)供過于求的問題，將上述后續(xù)水驅(qū)注入站高壓來水管道與普通管網(wǎng)做開放式連通，增加普通系統(tǒng)注水需求，緩解供需矛盾。

通過優(yōu)化供水關(guān)系，系統(tǒng)泵壓下降0.47 MPa，管壓下降0.46 MPa，系統(tǒng)泵水能力提升1748 m3/d，泵水單耗下降0.1 kWh/m3，供需問題得到緩解，日降低注水用電1.24×104kWh（表6）。

表6 某油田普通注水系統(tǒng)管網(wǎng)調(diào)整前后參數(shù)變化情況

2.2.2 實(shí)施高壓變頻，增強(qiáng)調(diào)節(jié)能力

針對注水井水量變化幅度較大，機(jī)泵調(diào)節(jié)能力差的問題，引進(jìn)高壓注水泵變頻調(diào)速技術(shù)，利用變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)下游注水量的變化實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)泵排量，滿足系統(tǒng)的供需平衡。措施后管網(wǎng)壓力下降1.0 MPa，泵水單耗下降0.33 kWh/m3，系統(tǒng)穩(wěn)定性得到增加，日降低注水用電1.38×104kWh（表7）。

表7 高壓注水泵變頻調(diào)速技術(shù)對比情況

2.2.3 治理高耗設(shè)備，降低注水能耗

針對注水泵泵水單耗超標(biāo)的機(jī)組，開展以下治理工作，在滿足生產(chǎn)需求基礎(chǔ)上，降低生產(chǎn)能耗。

1）實(shí)施注水泵減級。將某1注水站2#注水泵由D300-150×11減級至D300-150×10，改造后泵水單耗將減少0.24 kWh/m3。按照現(xiàn)排量計(jì)算，日節(jié)電0.35×104kWh[4]。

2）更新高耗注水泵。鑒于某2注水站1#注水泵低效、高耗問題，將該泵機(jī)組整體更新，更新后設(shè)備泵水單耗下降0.15 kWh/m3。按照泵水量9600 m3/d計(jì)算，日節(jié)電0.14×104kWh。

3）實(shí)施注水電動(dòng)機(jī)改造。對某3注水站4#注水泵實(shí)施電動(dòng)機(jī)改造，改進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組線圈連接方式，使其適用于特定負(fù)載和工況，提升注水泵與電動(dòng)機(jī)匹配性能，提高機(jī)組整體效率[5]。電動(dòng)機(jī)優(yōu)化后，泵水單耗下降0.4 kWh/m3。按照泵水量4800 m3/d計(jì)算，調(diào)整后日可節(jié)電0.19×104kWh。

通過以上三方面工作，注水系統(tǒng)穩(wěn)定性得到增強(qiáng)，日注水耗電下降3.3×104kWh。按照工業(yè)電費(fèi)0.638 1元/kWh計(jì)算，年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用768萬元。

3 結(jié)論

1）隨著油田進(jìn)入高含水開發(fā)后期，注水系統(tǒng)開井?dāng)?shù)及注水量持續(xù)下降，加之注水站缺少逐級、連續(xù)調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致注水泵泵壓、管壓及注水單耗顯著上升。

2）為緩解系統(tǒng)供過于求，管網(wǎng)壓力升高的矛盾，增加井網(wǎng)連通性，促進(jìn)全局供需平衡；引入高壓變頻調(diào)速技術(shù)，使注水泵排量與注水需求實(shí)現(xiàn)連動(dòng)；加強(qiáng)高單耗注水泵治理力度，控制注水單耗維持較低水平，保障系統(tǒng)低耗高效運(yùn)行。

[1]王中專.杏北油田三次采油注水系統(tǒng)優(yōu)化措施分析[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2016，27（04）：44-47.

[2]王鋒.杏北油田注水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整措施與潛力分析[J].油氣田地面工程，2013，32（09）：36-37.

[3]張濤.注水泵的優(yōu)化[J].石油石化節(jié)能，2016，6（1）：18-19.

[4]胡志偉.杏北油田注水系統(tǒng)降壓運(yùn)行方案與效果分析[J].石油石化節(jié)能，2015，5（3）：39-40.

[5]張炳義，鄭軍銘，馮桂宏，等.大型異同步電動(dòng)機(jī)再制造成自起動(dòng)永磁同步電機(jī)技術(shù)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2017，35（4）：344-348.