注水系統提效降耗的優化管理

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40多年的生產，注水系統相關的泵站、注水泵、注水流程出現了一定程度的不適應性，并導致因系統效率低下而產生的高耗能[1]。因此，探索實施以提效降耗為目標的注水系統優化管理，通過對注水系統及能耗情況進行系統的調查，組建提效降耗組織運行體系，采取“分壓注水”、“泵站閥件優化配套”、“避峰填谷”等多項舉措，確保注水系統經濟平穩運行，全廠用能總量得到較好控制。

1 注水系統現狀

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%，管網效率75%，系統效率51.7%，注水單耗5.43 kWh/m3，日耗電55.9×104kWh，注水標耗 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%。腐蝕嚴重的有14條，年穿孔73次；結垢嚴重的有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），處在非經濟運行狀態。

2 注水系統存在問題

通過對注水系統生產現狀的深入分析，注水系統主要存在以下問題：

2.1 注水壓力系統高低壓混注與地層壓力不匹配

為適應不同時期、不同階段的油田對注水變換的要求，需要經常調整注水系統生產方案。多年來由于地層區塊注水壓力的變化，地面注水系統也需要優化，單純地依靠注水管理人員的認識和經驗已不能保證注水系統在比較優化的狀態下運行[2]。同一注水管網的注水井注水壓力差異大，注水量波動大，而注水系統按最大注水壓力運行，中、低壓注水井節流嚴重，能量損失大。部分注水站管網系統效率低，注水單耗大，達到了10.64 kWh/m3。例如：某注水站有注水泵3臺，其設計能力為1 060 m3/d，目前開泵2臺，注水壓力28 MPa，對應配水間4座，開注水井18口，日注水461 m3/d。注水系統所轄注水井壓力差異大，閥控損失大。18口注水井中閥控損失超過9 MPa的有8口，閥控損失超過5 MPa的有5口。

2.2 柱塞泵站投產時間久，站點分散，系統效率低

柱塞泵站大部分是20世紀90年代前投產使用的，由于油田管網建設早，滿足不了注水量增長的需要，且部分管網隨著注水開發方案的調整出現了布局不合理，一部分干線注水負荷增大，而另一部分干線注水負荷減少。例如：某區塊有10座注水站，總泵數43臺，開泵數12臺；開井29口，日注水1 589 m3，單耗達到10.29 kWh/m3。

2.3 注水泵出口管線閥件節流，導致能量損失

某注水站泵出口管線規格?159×16 mm，單泵排量170 m3，對應流速3.8 m/s，超出設計規范90%，導致泵干壓差大，每天多耗電8 700 kWh以上。另外，泵出口電動閥、止回閥、管線存在節流現象，導致泵干壓差高，超過0.7 MPa的有4臺泵，運行時每天多耗電超過3 800 kWh。之后對注水站進行改造，單泵排量由300 m3/h擴容到500 m3/h，但泵出口沒有相應擴容，導致節流，出口流速由2.0 m/s升到3.5 m/s，均大于經濟流速（小于或等于2.0 m/s）。

2.4 管線老化腐蝕嚴重

由于地面注水系統建設時間較長，普遍存在注水管線老化腐蝕嚴重、穿孔頻繁的問題[3]。局部注水干線壁厚僅剩4～5 mm，注水系統干線壓力受到遏制，承壓上限大大降低，嚴重影響了注水設備能力的發揮[4]。某區塊地面管線已投產多年，注入水懸浮固體較高，含油量、硫酸鹽還原菌超標嚴重，易造成管線油泥沉積，導致注水壓力高，增加能耗。現測得管損在1.0 MPa以上的井有14口，占開井數的26.4%。

3 用于注水系統的技術措施

3.1 科學分壓，強化柱塞泵站提效

針對注水井注水壓力差異大，遵循整體降壓、分區分壓、局部增壓、合理搭配注水工藝技術原則，根據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，對少數高壓井采取局部增壓和分區分壓，進一步提高注水系統效率，降低注水能耗[5]。共對4個注水系統實施分壓改造，改造后單耗明顯下降，管網效率平均提高4個百分點，日節電2 499 kWh，年效益達73萬元（表1）。

3.2 注水泵匹配提質增效

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容，降低泵干壓差。單泵排量為180 m3/h，對應流速為1.9 m/s，符合設計規范（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計如圖1所示。

圖1 注水站分時段電價統計

注水站分時段電價統計如表4所示。

表4 注水站電價分時段統計

成立工作組，統一協調，采油、集輸、注水系統聯動，編制統一方案，協調運作。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 經濟效益

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

5 結論

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

2）提高注水效率是一項系統工作，需要加強各個環節的管理，并結合現場實際，不斷優化完善注水系統各個站點、管網等流程，及時調整注水策略，確保注水系統效率穩步上升。