杏北油田注水系統(tǒng)運行能耗控制措施及效果分析

于曉（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

注水是油田開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，注水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行關(guān)系到油田開發(fā)效果。同時，注水也是油田生產(chǎn)的耗電大戶，注水系統(tǒng)耗電約占油田生產(chǎn)耗電的1/3，注水系統(tǒng)的高效低耗運行關(guān)系到油田的開發(fā)效益。隨著杏北油田基礎(chǔ)井網(wǎng)、一次加密、二次加密、三次加密和三次采油開發(fā)的推進，杏北油田逐步建成了普通水注水系統(tǒng)、深度水注水系統(tǒng)及三采注水系統(tǒng)三套注水系統(tǒng)[1]。

1 注水系統(tǒng)能耗升高的原因分析

1.1 注水泵揚程與管網(wǎng)壓力不匹配

注水系統(tǒng)站庫管網(wǎng)建設(shè)原則為注水站在相對居中位置建設(shè)，站內(nèi)泵管壓差宜控制在0.5 MPa 以內(nèi)[2]，站外壓力損失不宜超過1 MPa，因此注水泵揚程按照注水井最高破裂壓力加1.5 MPa 設(shè)計。在實際運行中系統(tǒng)井網(wǎng)壓力相對較低，平均為12.1 MPa。

1）部分注水泵揚程設(shè)計過高，導(dǎo)致泵管壓差增大。杏六聯(lián)注水站2 臺D300-150×11 型注水泵，泵額定揚程為1 683 m。投產(chǎn)后該站1#和2#注水泵平均運行泵壓為16.6 MPa，平均出站管壓為15.3 MPa，平均泵管壓差達到1.3 MPa，平均泵水單耗5.83 kWh/m3，最高泵水單耗為6.45 kWh/m3，較普通注水系統(tǒng)平均運行單耗高0.76 kWh/m3。普通注水系統(tǒng)井網(wǎng)平均注水壓力為11.71 MPa，管網(wǎng)需求壓力為14.2～15 MPa，杏六聯(lián)注水站2臺注水泵額定揚程偏高，供需能力不平衡，導(dǎo)致運行效率降低，注水泵運行能耗增加。

2）部分注水泵減級后揚程降低，管網(wǎng)壓力過高時無法高效運行。杏二十四注水站1#注水泵進行減級后，泵水能力和運行單耗發(fā)生較大波動。分析發(fā)現(xiàn)，以系統(tǒng)管網(wǎng)壓力14.5 MPa為界，低于14.5 MPa時，該泵泵水能力基本維持在額定排量及以上（平均泵水能力10 119 m3/d），泵水單耗維持較低水平（平均泵水單耗4.8 kWh/m3）；高于14.5 MPa 時，該泵泵水能力顯著降低（平均泵水能力6 291 m3/d，超過16.0 MPa 后，泵水能力僅為5 152 m3/d），同時泵水單耗顯著增加（平均泵水單耗6.36 kWh/m3，最高連續(xù)16 天平均8.50 kWh/m3）。二十四注水站注水泵減級后泵水單耗隨管壓的散點分布見圖1。

圖1 二十四注水站注水泵減級后泵水單耗隨管壓的散點分布

表1 普通注水系統(tǒng)各區(qū)域參數(shù)對比

1.2 高壓閥組節(jié)流損失大

注水泵出口到與外網(wǎng)連通工藝管線共涉及4 級閥門，分別是止回閥、電動閥、手動閘閥和手動截止閥。高壓閥門開度小或工藝管線彎頭多等原因都會造成局部節(jié)流損失增大。小組成員通過對全廠注水站調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除了三采杏二十五聯(lián)注水站經(jīng)過二元調(diào)配閥組間外，其它均為常規(guī)流程。經(jīng)對比分析，杏二十五聯(lián)注水站高壓水經(jīng)二元調(diào)配站水量分配后，閥組后壓力平均為13.5 MPa，最低12.8 MPa，注水站泵后匯管壓力平均為16.1 MPa，該站平均泵管壓差達到2.6 MPa，節(jié)流損失率嚴重超標(biāo)，杏二十五注水站高壓閥組截流示意圖見圖2。

圖2 杏二十五注水站高壓閥組截流示意圖

1.3 區(qū)域間負荷不均衡造成能耗偏高

通過表1 可知，杏一～三區(qū)東、西部普通注水系統(tǒng)區(qū)域供過于求矛盾突出，平均管網(wǎng)壓力較其他區(qū)域高0.5 MPa 左右，區(qū)域泵水單耗較系統(tǒng)平均值高0.13 kWh/m3。

分析發(fā)現(xiàn)，近幾年受地層儲層條件變化和高滲層封堵等因素影響，部分普通網(wǎng)注水井進行水質(zhì)適應(yīng)性調(diào)整，由“20，20，5”調(diào)整為“5，5，2”，導(dǎo)致普通注水系統(tǒng)不同區(qū)域井網(wǎng)需求水量差異較大[3]。其中，杏一～三區(qū)東、西部普通井網(wǎng)需求水量為1.03×104m3/d，而區(qū)域內(nèi)注水站額定泵水能力為1.44×104m3/d，受管網(wǎng)疏導(dǎo)能力限制，區(qū)域局部供過于求矛盾突出，導(dǎo)致泵水單耗增加。

2 注水系統(tǒng)運行能耗控制措施及效果

2.1 對注水泵揚程高的杏六注水站進行減級改造

針對杏六注水站注水泵揚程明顯過高的問題，為提高注水泵泵效和降低泵水單耗，對該站注水泵實施減級改造[4]。同時，考慮系統(tǒng)井網(wǎng)壓力后期上升可能性，決定只對該站1#注水泵實施減級改造，保留2#注水泵的高壓運行能力，作為井網(wǎng)需要壓力升高時的備用泵。改造后，注水泵的實際運行壓力由17.15 MPa 下降為15.84 MPa，平均泵管壓差由2.55 MPa 下降為0.72 MPa，注水泵運行泵水單耗由6.03 kWh/m3下降為 5.79 kWh/m3，下降 0.24 kWh/m3，實現(xiàn)月節(jié)電5.76×104kWh。

2.2 優(yōu)化低效泵運行

針對分析發(fā)現(xiàn)的，杏二十四注水站1#注水泵以14.5 MPa 為界泵水能力和泵水單耗發(fā)生突變的規(guī)律，與注水站管理人員結(jié)合，要求杏二十四注水站在系統(tǒng)管網(wǎng)壓力低于14.5 MPa 時啟運1#注水泵，達到節(jié)能降耗的目的，在管網(wǎng)壓力高于14.5 MPa 時，運行該站同排量不同揚程的2#注水泵[5]，通過該項措施，保證了該站平均運行泵水單耗不超過5.80 kWh/m3。

2.3 降低高壓閥組局部截流損失

針對杏二十五注水站高壓閥組截流損失大的問題，研究對該站二元調(diào)配站配水流程進行優(yōu)化簡化改造[6]。具體改造為：切斷高壓閥組與高壓堿系統(tǒng)和高壓表活劑系統(tǒng)的連通，增加來水管線與出水管線的連通匯管，降低局部節(jié)流損失，杏二十五注水站二元調(diào)配站高壓閥組改造示意圖見圖3。

圖3 杏二十五注水站二元調(diào)配站高壓閥組改造示意圖

優(yōu)化匯管連通后，在相同啟泵條件的基礎(chǔ)上，該站泵管壓差由2.6 MPa 下降到1.1 MPa，節(jié)流損失率降低8.75%，該站平均泵水單耗由5.77 kWh/m3下降到5.64 kWh/m3。

2.4 優(yōu)化井網(wǎng)負荷降低供需矛盾

針對杏一～三區(qū)東、西部普通注水系統(tǒng)區(qū)域供過于求矛盾突出的問題，將杏一～二區(qū)東部II 塊5 座聚驅(qū)后注入站高壓來水管線就近掛接普通注水干線[7-8]。通過合理優(yōu)化聚驅(qū)后注入站高壓供水關(guān)系，將5 座注入站分別調(diào)整至普通網(wǎng)的杏1-3 排主線、杏1-3 排復(fù)線和杏2-1 排主線。調(diào)整后區(qū)域內(nèi)普通注水量增加3 205 m3/d，有效緩解區(qū)域內(nèi)普通系統(tǒng)供注矛盾，使區(qū)域管網(wǎng)壓力由15.7 MPa降低到14.6 MPa，在滿足注水井注水需求的基礎(chǔ)上，提高了系統(tǒng)運行效率，降低注水能耗，階段平均泵水單耗由5.7 kWh/m3下降到 5.47 kWh/m3。

3 結(jié)論

1）注水系統(tǒng)高壓力高能耗運行，需要系統(tǒng)運行跟蹤與節(jié)點精細分析相結(jié)合，既要解決大系統(tǒng)的矛盾，又要治理局部節(jié)點的問題不足，才能保證注水系統(tǒng)運行能耗更低，系統(tǒng)效率更高。

2）注水系統(tǒng)全過程能力損失，包括機泵匹配性、閥組截流、管網(wǎng)損失和井口截流等，要結(jié)合注水井網(wǎng)實際開發(fā)水量和壓力需求，做到供需關(guān)系的分析和重點環(huán)節(jié)的分析。