喇嘛甸油田注水泵機組站間動態調配可行性分析

大慶油田有限責任公司第六采油廠試驗大隊

近幾年，隨著油田開發方式的轉變及持續穩產的要求，喇嘛甸油田區域注水量變化日趨頻繁，尤其是水驅、聚驅注水系統。以喇嘛甸油田喇140注水站為例，通過統計16個月的注水量發現，最大注水量與最小注水量相差4 439 m3，當注水量在某一定量時，注水站啟用2臺D250注水泵，而2臺D250的泵理論計算月注水量遠遠高于需求的注水量，通過對比分析得出，注水泵與注水量的不匹配是導致注水能耗增加的主要原因。

針對上述問題，開展喇嘛甸油田注水機組的動態調整研究，通過配備不同排量的注水機組，實現注水機組的動態調整[1]。當某一區域注水量發生變化時，安裝與之匹配的注水機組，以降低注水能耗。

1 注水系統分析

截至2014年12月底，喇嘛甸油田建成各類注水站25座，其中普通注水機組46臺，聚驅注水機組23臺，深度注水機組19臺，建成多井配水間76座，注水井1 429口。根據開發預測資料，喇嘛甸油田2015—2020年，普通注水量及深度注水量變化幅度較小，聚驅注水量變化幅度較大，總體水量呈上升趨勢，每年注水量平均以0.8×104m3/d的幅度增加，2019年注水量達到最高，2020年注水量緩慢回落。清水注水量變化幅度相對較大，變化幅度在0.5×104m3/d左右。喇嘛甸油田喇北北塊、喇北東塊、喇北西塊、喇南中塊四個區塊中，普通注水量與深度注水量變化幅度較小，聚驅注水量變化幅度較大。

1.1 適應性分析

從對喇嘛甸油田各區塊的注水系統負荷率預測情況來看，普通水注水系統、深度水注水系統、聚驅水注水系統的負荷率之間存在較大的差異。2015年，南中塊普通水注水系統負荷率與北西塊相差93.28%；北西塊深度水注水系統負荷率與南中塊差異達72.92%，而聚驅注水系統負荷率差異不大。區域之間的注水負荷存在差異說明區塊間的注水站的能力負荷存在差異[2]。因此，為了有效地平衡區域間的注水能力，可以從調整注水站的注水能力角度出發，通過對不同排量的注水泵進行合理匹配，提高各注水站的能力，同時達到平衡區域水量的目的。

1.2 機組匹配分析

由于喇嘛甸油田聚驅、加密注水系統為獨立管網，當注水方案調整時，易出現注水機泵與注水量不匹配的問題。目前，喇嘛甸油田采取“分質分注”的開發方式，按照“本站機泵互備”的原則，已建88臺注水泵中34臺為備用泵。由于在工藝流程上，多數備用泵與運行泵為同一進口管線，造成無法同時運行，形成備用能力限制。但通過現場調查發現，喇嘛甸油田喇四注、喇八注、喇Ⅱ-1、喇十六、喇360等各站均有大量閑置泵存在，因此，通過閑置泵的調換、配套工藝流程的調整，可以實現注水泵的動態調整[3]。

2 注水機組動態調整分析

2.1 基礎調整

截至目前，喇嘛甸油田注水系統采用的注水機泵均為不同類型，根據注水泵的排量大小，大致可劃分為7種，不同排量注水泵應用情況見表1。

表1 喇嘛甸油田不同排量注水泵應用情況Tab.1 Application condition of water injection pumps with different displacement in Lamadian Oilfield

在各種不同類型注水機泵中，喇嘛甸油田應用較為普遍的是DF200、DF250、DF300、DF400，不同型號的注水機泵對應的基礎尺寸也各不相同，具體應用情況詳見表2。

表2 喇嘛甸油田注水泵基礎尺寸統計Tab.2 Statistics on basic dimensions of water injection pumps in Lamadian Oilfield

目前，通過對標大慶油田其他大型產能建設項目中有關注水系統的改擴建內容，以及近幾年喇嘛甸油田注水站改造設計，新建或改造注水站注水機組及基礎已經形成“離心泵注水站標準化模塊設計”，對注水機組的選擇及機組基礎的選擇完全參照標準化進行設計，根據不同排量注水泵可設計出對應的標準化基礎圖。

通過標準化基礎圖與現場實際調查尺寸對比，相同排量的注水泵基礎尺寸相差不大，因此，以標準化基礎圖為對象開展研究，將基礎的平面尺寸、埋件位置、螺栓位置等內容進行核實計算[4]。經核算可得出，大泵換小泵可以通過槽鋼聯合底座法，利舊現有注水泵基礎來實現注水泵的動態調整。但由于原有基礎尺寸大小的限制，實施小泵換大泵的方案存在很多施工難題，不同排量的注水泵基礎更換情況及原因說明見表3。

表3 注水泵基礎調整情況Tab.3 Adjustment of water injection pump foundation

通過表3中各型號注水泵基礎情況說明可看出，槽鋼聯合底座法是更換注水泵基礎的主要方法。槽鋼聯合底座法是利舊原有基礎埋件的螺栓孔位置，通過螺栓將槽鋼聯合底座與原有基礎進行連接，由泵出口管線距地面的高度來考慮槽鋼高度的選取，槽鋼高度也對應翼緣長度的變化[5]。因槽鋼截面尺寸決定整個構件的剪切力與抗彎強度，所以在滿足構件強度與穩定性的前提下，依據現場的具體情況選擇合適的槽鋼[6]。

通過選取合適的槽鋼聯合底座，焊接后重新開孔與原有基礎的地腳螺栓位置連接，最后根據新泵的地腳螺栓位置，在槽鋼頂面通過調正找平重新開孔，將新泵與槽鋼底座用螺栓固定[7]，最后實現新泵、槽鋼底座、原泵基礎的有效連接。具體施工流程如圖1所示。

圖1 槽鋼聯合底座示意圖Fig.1 Schematic diagram of channel steel joint base

將槽鋼聯合底座與原基礎連接后，對應新泵機組的螺栓孔位置重新開孔安裝，其對應的螺栓孔距尺寸見表4。

由表4可以看出，槽鋼聯合底座分為兩種[8]：一種是適合D300、D400安裝的底座，喇嘛甸油田現有D300和D400的泵共計62臺，適合安裝率為70.5%，此種底座可以更換全部泵型，可更換率95.5%；另一種適合D250安裝，喇嘛甸油田共計21臺，適合安裝率23.9%，此種底座只可以更換D200的泵型，可更換率1.1%。因此，通過槽鋼聯合底座法可以滿足全廠大部分泵的基礎動態調整。

表4 槽鋼聯合底座新開螺栓孔距尺寸Tab.4 Hole distance dimensions of new opening bolts for channel steel joint base

2.2 電力控保系統調整

經調查，喇嘛甸油田所有注水站的注水電動機功率涵蓋1 600、1 800、2 000、2 240、2 250、2 500 kW。注水電動機的供電均為6 kV，由變電所的高壓開關柜完成。注水電動機的保護有負序電流、兩相差流、過負荷、低水壓、低油壓、水溫過高和低電壓保護，這些保護的實現有兩種方式，一種為老式的繼電器回路保護，另一種為微機保護[9]。當電動機功率變大或變小，以及相同功率電動機廠家不同，都需要對電動機保護的整定電流進行調整。調整方法為老式繼電器保護方式，只需根據調整的電流值調指針，微機保護需將調整的電流值直接輸入微機。

2.3 工藝管道調整

根據注水機組的運行參數及安裝高度要求，在冷卻水及潤滑油工藝中，D200以上的注水機組所需的冷卻水量（50 m3/h）及潤滑油量（20 L/min）相同，僅需將原有管線與注水機組重新連接即可。對于D155及D80型注水機組需要重新核實已建冷卻水系統及潤滑油系統的運行負荷。

在工藝安裝方面，注水泵進口需要配套建設過濾器，過濾器的過濾面積為進水管徑橫截面積的4倍，某廠注水機組的進水管道管徑多為DN300 mm，因此過濾器的直徑不能小于600 mm。根據現場調查，各注水泵配備的過濾器均滿足大于600mm的要求。

在進出口管道安裝方面，進口管道連接可通過對過濾器重新開口進行調整，出口管道連接需根據管道位置確定，無偏差或偏差較小可直接進行焊接，如果偏差較大可采用彎頭進行調整[10]。

2.4 實施效果

通過槽鋼聯合底座法安裝注水泵底座，可以為喇嘛甸油田現有全部泵型提供技術支持。按照泵型規格可分為兩種安裝形式：一種是按照原泵型規格全部更換。喇嘛甸油田現有D300和D400的泵共計62臺，適合安裝率為70.5%，此種底座可以更換全部泵型，可更換率95.5%。另一種是將21臺非常規泵更換為D200泵型。喇嘛甸油田現有此類泵共計21臺，適合安裝率23.9%，此種底座只可以更換D200的泵型，可更換率1.1%。因此，通過槽鋼聯合底座法安裝注水泵底座可以完成對喇嘛甸油田90%以上泵基礎的動態調整。

調整之后，泵管壓差降至0.15 MPa，注水單耗下降0.25 kWh/m3，直接降低注水能耗5個百分點。如果擬定喇嘛甸油田日注水量為15 000 m3，則日節電達3 000 kWh，年節電為109.5×104kWh。根據《大慶油田有限責任公司2021年經濟評價方法及參數選取標準》 中規定，最新外購電價為0.637元/kWh（不含稅），計算可得，通過對喇嘛甸油田注水機組動態調整之后預計每年節約電費69.75萬元。比照其他施工方式降低工程投資近10%。除此之外，該方法減少了改建工程量，從而加快了施工進度，縮短了施工周期。

3 結束語

喇嘛甸油田面臨進入高含水后期開采的嚴峻形勢，為滿足“保穩產、促產油”的要求，注水泵的動態調整可以滿足注水量的調整需求，在不同區塊注水開采過程中，注水泵的動態調整能夠明顯增加注水量，從而達到“節能耗、降投資”的目標。立足老設備的精細管理，開展以節能為主的挖潛降耗工作是在保證正常生產的基礎上，全面提升油田生產效率的有效方法，該方法在整個水系統能夠實現全面應用，且適應“提質增效、降本增效”的新形勢，最大限度地鞏固節能效果。注水機組的動態調整適用全廠90%以上的注水機組，對今后注水量調整導致注水機組更換工況具有一定的推廣意義。