帶增壓泵注水系統能耗指標計算方法

魏立軍 王林平 鄭剛 程顥 王曼 孫彥虎

（1.長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室；3.長慶油田分公司第四采油廠）

2017年以前，油田注水系統效率的測試依據石油行業標準SY/T 5264—2012《油田生產系統能耗測試和計算方法》，但此標準未考慮在配水間或注水井口安裝增壓泵的情況，據不完全統計，長慶油田安裝的增壓泵有100臺左右，對于這些注水系統，無法開展注水系統能耗指標的測試、計算工作，制約了這類注水系統節能分析、評價及后續的節能改造工作的開展。在編制國家標準GB/T 33653—2017《油田生產系統能耗測試和計算方法》過程中[1]，針對這個問題，完善了注水系統模型，考慮了在配水間或注水井口安裝增壓泵的情況，重新推導了相關能耗指標計算公式，使帶增壓泵的注水系統能耗指標的測試、計算工作有標準可依。

1 注水系統模型的完善

石油行業標準SY/T 5264—2012依據的注水模型主要包括注水站、配水間（閥組）、注水井以及連接這些關鍵節點的注水干線、注水支線和單井管線[2]，行業標準注水系統模型見圖1。

國家標準GB/T 33653—2017注水模型在原行業標準模型的基礎上考慮了在配水間（閥組）或井口安裝增壓泵的情況，國家標準注水系統模型見圖2。

圖1 行業標準注水系統模型

圖2 國家標準注水系統模型

2 建立新能耗指標計算公式

模型中考慮增壓泵后，會對三個能耗指標計算公式產生影響。

2.1 注水系統輸入功率

注水系統輸入功率在行業標準中的含義是注水泵電動機輸入功率累加，見公式（1）。在國家標準中考慮了增壓泵以后，它的含義變為注水泵電動機輸入功率累加與增壓泵電動機輸入功率累加之和，見公式（2）。

式中：P9,Sysin為注水系統輸入功率，kW；n9為注水系統被測注水泵總數；P9,Min為注水泵電動機輸入功率，kW。

式中：P9,Mbin為增壓泵電動機輸入功率，kW；u9為注水系統內增壓泵的總數。P9,Mbin為增壓泵電動機輸入功率，kW；μ9為注水系統內增壓泵的總數。

2.2 注水管線損失率

注水管線損失率的定義是注水管網中注水管線的損失功率與注水系統輸入功率的比值，在行業標準中注水管線損失率的表達式見公式（3）。分子是注水管線的損失功率，其中第一項是注水泵輸入注水管網的功率，第二項是閥組損失功率，第三項是井口有效功率。

注水系統的高壓水從注水站通過注水管網流到注水井口，注入井下。這個公式是把注水管網看成一個整體，根據能量守恒定律，輸入能量是注水泵輸入注水管網的功率，輸出能量是井口有效功率，中間要經過管線、閥組，造成注水管線損失功率和注水閥組損失功率，所以用注水泵輸入注水管網的功率減去注水閥組損失功率，再減去井口有效功率，剩余的就是注水管線損失功率。

式中：ε9,P為注水管線損失率；b9為注水系統被測注水站數；p9,Soutc為注水站出口折算壓力，MPa；G9,S為注水站出口流量，m3/h；m9為注水系統被測注水井總數；p9,Vin為配水間來水壓力，MPa；p9,Vout為配水間管壓，MPa；G9,W為注水井井口流量，m3/h；P9,Sysin為注水系統輸入功率，k W。

在國家標準中考慮了增壓泵后，注水管線損失率的定義沒有變，但計算公式發生了變化，見公式（4）。分子是注水管線的損失功率，其中第一項是注水泵輸入注水管網的功率，第二項是增壓泵輸入功率，第三項是閥組損失功率，第四項是井口有效功率。

考慮了增壓泵后，注水管網的輸入能量包含兩部分，一是注水管網輸入功率，二是增壓泵帶入功率。所以用注水管網輸入功率加上增壓泵帶入功率，減去注水閥組損失功率，再減去井口有效功率，剩余的就是注水管線的損失功率。

式中：p9,Pbout為增壓泵出口壓力，MPa；p9,Pbin為增壓泵入口壓力，MPa；G9,Pb為增壓泵流量，m3/h。

2.3 注水管網損失率

注水管網損失率的定義是注水管網中閥組和注水管線的功率損失之和與注水系統輸入功率的比值，在行業標準中注水管網損失率的表達式見公式（5）。分子是注水管網的損失功率，其中第一項是注水管網輸入功率，第三項是井口有效功率。

在國家標準中考慮了增壓泵后，注水管網損失率的定義沒有變，但計算公式發生了變化，見公式（6）。分子是注水管網的損失功率，其中第一項是注水管網輸入功率，第二項是增壓泵帶入功率，第三項是井口有效功率。

3 結論

文中詳細解讀了在配水間或注水井口安裝增壓泵的情況下，國家標準GB/T 33653—2017《油田生產系統能耗測試和計算方法》相對于原行業標準的變化情況，主要包括注水系統模型的完善，注水系統輸入功率、注水管線損失率、注水管網損失率等相關能耗指標的變化情況。方便大家深入理解，準確應用標準開展注水系統能耗測試、計算、分析、評價工作。