注水系統(tǒng)提效降耗的優(yōu)化管理

孟勇 高鵬 韓封 劉鵬 趙闖（中國石化勝利油田分公司河口采油廠）

勝利油田某廠歷經(jīng)40多年的生產(chǎn)，注水系統(tǒng)相關(guān)的泵站、注水泵、注水流程出現(xiàn)了一定程度的不適應(yīng)性，并導(dǎo)致因系統(tǒng)效率低下而產(chǎn)生的高耗能[1]。因此，探索實施以提效降耗為目標(biāo)的注水系統(tǒng)優(yōu)化管理，通過對注水系統(tǒng)及能耗情況進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查，組建提效降耗組織運行體系，采取“分壓注水”、“泵站閥件優(yōu)化配套”、“避峰填谷”等多項舉措，確保注水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運行，全廠用能總量得到較好控制。

1 注水系統(tǒng)現(xiàn)狀

某廠共有注水站64座，注水泵246臺，開泵109臺，利用率44.3%。近5年來，通過并站提效改造，減少注水站30座，設(shè)計處理能力為11.33×104m3/d，而實際處理能力為10.9×104m3/d。注水站按注水泵類型分為離心泵站和柱塞泵站兩種。離心泵站主要用于高滲透油田注水壓力小于15 MPa的注水井注水，柱塞泵站主要用于中低滲透油田注水壓力大于15 MPa的注水井注水。全廠注水泵效76.8%，管網(wǎng)效率75%，系統(tǒng)效率51.7%，注水單耗5.43 kWh/m3，日耗電55.9×104kWh，注水標(biāo)耗 0.386 kWh/（m3·MPa）。

建有高壓注水干（支）線297條，使用年限小于10年的170條，占總長度的63.8%；10～15年的74條，占總長度的18.6%；大于15年的53條，占總長度的17.6%。腐蝕嚴(yán)重的有14條，年穿孔73次；結(jié)垢嚴(yán)重的有8條，平均壓損為6.05 MPa。按流速分，流速小于1 m/s的注水干線95條，占總長度的90.4%；流速為1～2 m/s的注水干線5條，占總長度的2.1%；流速大于2 m/s的注水干線17條，占總長度的7.5%，其普遍壓損較大（大于4.0 MPa），處在非經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)。

2 注水系統(tǒng)存在問題

通過對注水系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)狀的深入分析，注水系統(tǒng)主要存在以下問題：

2.1 注水壓力系統(tǒng)高低壓混注與地層壓力不匹配

為適應(yīng)不同時期、不同階段的油田對注水變換的要求，需要經(jīng)常調(diào)整注水系統(tǒng)生產(chǎn)方案。多年來由于地層區(qū)塊注水壓力的變化，地面注水系統(tǒng)也需要優(yōu)化，單純地依靠注水管理人員的認(rèn)識和經(jīng)驗已不能保證注水系統(tǒng)在比較優(yōu)化的狀態(tài)下運行[2]。同一注水管網(wǎng)的注水井注水壓力差異大，注水量波動大，而注水系統(tǒng)按最大注水壓力運行，中、低壓注水井節(jié)流嚴(yán)重，能量損失大。部分注水站管網(wǎng)系統(tǒng)效率低，注水單耗大，達(dá)到了10.64 kWh/m3。例如：某注水站有注水泵3臺，其設(shè)計能力為1 060 m3/d，目前開泵2臺，注水壓力28 MPa，對應(yīng)配水間4座，開注水井18口，日注水461 m3/d。注水系統(tǒng)所轄注水井壓力差異大，閥控?fù)p失大。18口注水井中閥控?fù)p失超過9 MPa的有8口，閥控?fù)p失超過5 MPa的有5口。

2.2 柱塞泵站投產(chǎn)時間久，站點分散，系統(tǒng)效率低

柱塞泵站大部分是20世紀(jì)90年代前投產(chǎn)使用的，由于油田管網(wǎng)建設(shè)早，滿足不了注水量增長的需要，且部分管網(wǎng)隨著注水開發(fā)方案的調(diào)整出現(xiàn)了布局不合理，一部分干線注水負(fù)荷增大，而另一部分干線注水負(fù)荷減少。例如：某區(qū)塊有10座注水站，總泵數(shù)43臺，開泵數(shù)12臺；開井29口，日注水1 589 m3，單耗達(dá)到10.29 kWh/m3。

2.3 注水泵出口管線閥件節(jié)流，導(dǎo)致能量損失

某注水站泵出口管線規(guī)格?159×16 mm，單泵排量170 m3，對應(yīng)流速3.8 m/s，超出設(shè)計規(guī)范90%，導(dǎo)致泵干壓差大，每天多耗電8 700 kWh以上。另外，泵出口電動閥、止回閥、管線存在節(jié)流現(xiàn)象，導(dǎo)致泵干壓差高，超過0.7 MPa的有4臺泵，運行時每天多耗電超過3 800 kWh。之后對注水站進(jìn)行改造，單泵排量由300 m3/h擴(kuò)容到500 m3/h，但泵出口沒有相應(yīng)擴(kuò)容，導(dǎo)致節(jié)流，出口流速由2.0 m/s升到3.5 m/s，均大于經(jīng)濟(jì)流速（小于或等于2.0 m/s）。

2.4 管線老化腐蝕嚴(yán)重

由于地面注水系統(tǒng)建設(shè)時間較長，普遍存在注水管線老化腐蝕嚴(yán)重、穿孔頻繁的問題[3]。局部注水干線壁厚僅剩4～5 mm，注水系統(tǒng)干線壓力受到遏制，承壓上限大大降低，嚴(yán)重影響了注水設(shè)備能力的發(fā)揮[4]。某區(qū)塊地面管線已投產(chǎn)多年，注入水懸浮固體較高，含油量、硫酸鹽還原菌超標(biāo)嚴(yán)重，易造成管線油泥沉積，導(dǎo)致注水壓力高，增加能耗。現(xiàn)測得管損在1.0 MPa以上的井有14口，占開井?dāng)?shù)的26.4%。

3 用于注水系統(tǒng)的技術(shù)措施

3.1 科學(xué)分壓，強(qiáng)化柱塞泵站提效

針對注水井注水壓力差異大，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(shù)原則，根據(jù)對注水井吸水壓力的分析，對大部分中低壓井采取整體降壓，對少數(shù)高壓井采取局部增壓和分區(qū)分壓，進(jìn)一步提高注水系統(tǒng)效率，降低注水能耗[5]。共對4個注水系統(tǒng)實施分壓改造，改造后單耗明顯下降，管網(wǎng)效率平均提高4個百分點，日節(jié)電2 499 kWh，年效益達(dá)73萬元（表1）。

3.2 注水泵匹配提質(zhì)增效

針對某注水站，更換3臺泵出口流程和閥件，更新2臺注水泵，泵出口管線及閥件擴(kuò)容，降低泵干壓差。單泵排量為180 m3/h，對應(yīng)流速為1.9 m/s，符合設(shè)計規(guī)范（表2、表3）。

表1 分壓注水提效措施效果

表2 某注水站更新提效措施效果

表3 注水泵匹配提效措施效果

3.3 注水站避峰填谷

注水站分時段電價統(tǒng)計如圖1所示。

圖1 注水站分時段電價統(tǒng)計

注水站分時段電價統(tǒng)計如表4所示。

表4 注水站電價分時段統(tǒng)計

成立工作組，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，采油、集輸、注水系統(tǒng)聯(lián)動，編制統(tǒng)一方案，協(xié)調(diào)運作。劃分二個時段運行，高電價時段控注或停注，低電價時段提注。對于離心泵站，為避免頻繁啟停泵，采取峰時壓水、谷時提注的方式；對于小型柱塞泵站（注水量小），峰時停注，谷時注水。

4 經(jīng)濟(jì)效益

2018年，通過科學(xué)分壓，對4個注水系統(tǒng)實施分壓提效改造，改造后日節(jié)電2 499 kWh，年節(jié)約電費73萬元，實現(xiàn)了注水站運行優(yōu)化提效；通過泵站及閥件優(yōu)化配套，降低泵干壓差，改造后日節(jié)電8 735 kWh，年節(jié)約電費255萬元；通過避峰填谷工作，年節(jié)約電費346萬元。共計節(jié)電11 234 kWh，年節(jié)約電費674萬元。

5 結(jié)論

1）通過注水泵分壓技術(shù)研究，完善現(xiàn)行注水工藝，使其能夠進(jìn)行分壓注水降低注水能耗。

2）提高注水效率是一項系統(tǒng)工作，需要加強(qiáng)各個環(huán)節(jié)的管理，并結(jié)合現(xiàn)場實際，不斷優(yōu)化完善注水系統(tǒng)各個站點、管網(wǎng)等流程，及時調(diào)整注水策略，確保注水系統(tǒng)效率穩(wěn)步上升。