秦家屯油田注水系統(tǒng)降耗分析及提升措施

劉旭瑩

摘 要：秦家屯油田水處理及注水系統(tǒng)2000年投運(yùn)，包含秦家屯聯(lián)合站以及1號站、2號站、3號站、4號站4個(gè)注水站，目前已運(yùn)行超20年。隨著油田開發(fā)年限的不斷增加，注水系統(tǒng)不可避免的存在著設(shè)備老化、能耗過高、系統(tǒng)適應(yīng)性變差、經(jīng)濟(jì)效益較差的問題，從而限制了長遠(yuǎn)發(fā)展。為減少不必要的成本支出和能源消耗，需要對油田注水系統(tǒng)存在問題進(jìn)行深入分析，并以此為基礎(chǔ)，提出改進(jìn)和提升措施。

關(guān)鍵詞：注水系統(tǒng);機(jī)組效率;能量損失;防護(hù)

1、注水系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀

油田注水系統(tǒng)主要由電機(jī)、注水泵、調(diào)節(jié)閥及分水器、注水管網(wǎng)、配水間閥組、增注泵、注水井等組成。注水系統(tǒng)效率由電動機(jī)效率、注水泵效率和注水管網(wǎng)效率三部分組成。其中，泵機(jī)組輸人功率W0、輸出功率W2、井口水力功率W4;主要損耗有電機(jī)損失D1水泵損失D2、節(jié)流損失D3、管網(wǎng)磨損D4，根據(jù)能量平衡原理可得出，W0=D1+D2+D3+D4+W4=∑Di+W4，除了注人地層的有效能量外，注水系統(tǒng)能量要消耗在電機(jī)、注水泵、調(diào)節(jié)閥、注水管網(wǎng)、配水閥組處。

據(jù)測算，秦家屯油田的平均注水系統(tǒng)效率為50.32%，系統(tǒng)總壓力損失3.13MPa，管網(wǎng)損失率9.98%，標(biāo)準(zhǔn)單耗為0.587 kW·h/ （m?·MPa）。具體測試結(jié)果見表1。

2、存在的問題

秦家屯油田注水系統(tǒng)的平均系統(tǒng)效率處在合格水平（合格值49%），但從單個(gè)注水站來看，系統(tǒng)效率差距較大，其影響各站系統(tǒng)效率的因素主要有以下幾點(diǎn)：

2.1 泵機(jī)組效率偏低

秦家屯1、2、3號站站效低，其主要原因?yàn)樽⑺颈脵C(jī)組效率較低。測試期間1號站共啟用3臺注水泵，其中1#泵3.41m?/h和2#泵2.9m?/h;2#泵機(jī)組的負(fù)荷率為66.92%。2號站啟用兩臺注水泵2#和4#，其中2#泵流量僅為1.56m?/h，3號站啟用3臺注水泵，總流量為10.93m?/h。由于流量小，注水泵能力過剩，偏離高效區(qū)運(yùn)行，導(dǎo)致泵機(jī)組效率偏低，從而降低各站的能量利用率。

2.2 配水間閥控?fù)p失大

秦家屯3號站管網(wǎng)損失達(dá)到了19.34%。秦家屯3號站閥控?fù)p失為4.99 MPa，原因是系統(tǒng)運(yùn)行壓力與井口注水壓力不匹配，導(dǎo)致閥控?fù)p失大。秦家屯3號站下轄注水井9口，井口壓力超11MPa井占比66.7%，高、低壓井并存，且壓差大，壓力最高井與壓力最低井壓差可達(dá)10 MPa。三號站目前泵壓18.2MPa，與最低壓力井間壓差達(dá)11.2 MPa，1號站等其他注水系統(tǒng)也不同程度存在高、低壓井并存，人為降低注水壓力，造成配水間閥控?fù)p失偏大，注水系統(tǒng)效率低的情況。

2.3 單井管線壓力損失大

經(jīng)測算，3號站單井管線壓力損失達(dá)1.42MPa，超限定值184%。秦家屯聯(lián)合站出站水質(zhì)達(dá)標(biāo)率低，導(dǎo)致單井管線發(fā)生腐蝕、結(jié)垢現(xiàn)象，管線由于結(jié)垢導(dǎo)致管線縮頸，由于腐蝕導(dǎo)致管線磨阻增加，使單井管線的壓力損失增大。

2.4 注水系統(tǒng)管網(wǎng)腐蝕嚴(yán)重

秦家屯油田注水管網(wǎng)已運(yùn)行超20年，存在不同程度的老化與腐蝕現(xiàn)象。根據(jù)腐蝕掛片監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果顯示，秦家屯污水處理外輸管道腐蝕速率為0.136 mm/a，屬于嚴(yán)重腐蝕。

3.系統(tǒng)提升措施

3.1降低注水泵能耗損失

注水站能源效率是注水系統(tǒng)效率的重要組成部分，影響注水站能源效率的主要因素為注水站泵機(jī)組效率及站泵干壓力損失的大小。秦家屯1、2、3號站因?yàn)樽⑺颈脵C(jī)組效率較低且流量小，注水泵能力過剩，偏離高效區(qū)運(yùn)行，導(dǎo)致泵機(jī)組效率偏低，從而降低各站的能量利用率。

為降低注水泵能耗損失，需優(yōu)化泵機(jī)組運(yùn)行，停用不必要的注水泵，通過調(diào)節(jié)各泵水量盡量保持注水泵在高效區(qū)運(yùn)行。利用大修時(shí)機(jī)，對注水泵進(jìn)行改造，采用砂輪打光、水利拋光等方法，提高其光潔度，清洗流道，減小損耗。加強(qiáng)對注水泵的管理、維修，做好泵的日常維護(hù)和保養(yǎng)工作，建立注水設(shè)備能耗數(shù)據(jù)跟蹤臺賬，持續(xù)開展機(jī)組效率自測工作，運(yùn)行高效泵，維護(hù)低效泵，減少效率損失，及時(shí)觀測能耗高的注水設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的情況，對機(jī)組效率監(jiān)測值低于節(jié)能限定值的設(shè)備，即使未達(dá)到大修時(shí)間，也應(yīng)及時(shí)大修。

3.2減小管網(wǎng)能量損失

管網(wǎng)損失是影響注水系統(tǒng)效率的重要因素，管網(wǎng)總壓力損失可表示為：

注水系統(tǒng)總壓力損失：

△P=△P1+△P2+△P3+△P4，

其中：△P1為注水站閥門控制損失，△P2為干線損失△P3為配水間閥門控制損失，△P4為單井管線損失。

工程系統(tǒng)推薦的各級壓力損失限值△P1≤0.5MPa，△P2≤1MPa，△P3≤2MPa，△P4≤0.5MPa。

通過核實(shí)注水系統(tǒng)要求及泵機(jī)組能力，采用高低壓分注措施，對應(yīng)高、低壓井組，分別選用合適的注水泵，避免“大馬拉小車”現(xiàn)象。盡量增大配水閥開度，降低閥前壓力。對邊遠(yuǎn)高壓井可采用局部增壓注水方式，從而實(shí)現(xiàn)降低注水單耗的目的。定期對管線進(jìn)行除垢清管作業(yè)，降低沿程磨阻損失。

3.3管線腐蝕防護(hù)

注水管網(wǎng)內(nèi)腐蝕的主要原因是注水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。分別對秦家屯污水外輸管線出口和3號站出站管線進(jìn)行取水樣化驗(yàn)，結(jié)果顯示其固體含量、顆粒中值及細(xì)菌含量均超標(biāo)。其中硫酸鹽還原菌超標(biāo)嚴(yán)重，污水處理外輸干線及3號站分別達(dá)到25000個(gè)/ml和60000個(gè)/ml。硫酸鹽還原菌等細(xì)菌以管輸水中油類等有機(jī)物為營養(yǎng)來源，大量繁殖同時(shí)生成硫化氫，對金屬管壁有很大的腐蝕作用，從而引發(fā)腐蝕穿孔等現(xiàn)象。外腐蝕的原因主要是管道受到土壤及周邊環(huán)境影響，防腐層出現(xiàn)老化磨損現(xiàn)象，在其表面出現(xiàn)縱向裂紋，修復(fù)不及時(shí)則裂紋擴(kuò)散，不斷延伸，嚴(yán)重情況就會影響管線防腐層，造成防腐層脫落等現(xiàn)象，致使金屬管壁裸露在土壤環(huán)境中，與土壤中的水、氧氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成管壁外腐蝕。

內(nèi)外腐蝕嚴(yán)重影響了管線使用壽命，屢次發(fā)生的穿孔事故也妨礙了油田注水開發(fā)，因此需根據(jù)腐蝕機(jī)理和實(shí)際情況，制定出有效的防腐措施，保證油田的開發(fā)生產(chǎn)。首先，針對管線內(nèi)腐蝕現(xiàn)象，需加提升水質(zhì)達(dá)標(biāo)率：一是降低水質(zhì)中硫酸鹽還原菌等細(xì)菌濃度，篩選藥劑進(jìn)行配伍性試驗(yàn)，選擇最優(yōu)藥劑類型和藥劑組合;二是更換過濾器濾料，必要時(shí)可對沉降罐及外輸罐進(jìn)行清洗，以提升水質(zhì);三是加強(qiáng)沿程水質(zhì)監(jiān)控，定期清洗管道，對管線除垢，保持管道內(nèi)環(huán)境。其次，采取必要的防腐措施，并針對管線外腐蝕，定期進(jìn)行壁厚檢測及防腐層檢測，及時(shí)修復(fù)破損防腐層：一是可采用犧牲陽極、外加電流等陰極保護(hù)方法，防止腐蝕加劇。對腐蝕嚴(yán)重、需更換的管線;二是可以投入使用連續(xù)復(fù)合管、3PE內(nèi)襯管線等非金屬管線，非金屬管線具有管壁磨阻小、抗腐蝕性能強(qiáng)、應(yīng)用后可有效減緩管壁內(nèi)腐蝕結(jié)垢，延長管線使用壽命。

結(jié)語：針對秦家屯油田地面注水系統(tǒng)存在的問題，包括注水系統(tǒng)能耗高、腐蝕嚴(yán)重等現(xiàn)象，分析出產(chǎn)生此類問題的原因，并提出了科學(xué)合理的改進(jìn)措施。

（1）通過優(yōu)化泵機(jī)組運(yùn)行，關(guān)閉非必要注水泵，1、2、3號站均可提高泵機(jī)組效率10%。

（2）通過在三號站采用分壓供水，可大大減小配水間閥控?fù)p失，部分邊遠(yuǎn)水井采用增壓泵增注后，總體閥控?fù)p失可降低到2MPa以下。

（3）通過加強(qiáng)管線檢測、清掃、除垢，選擇合適藥劑等措施，可提高水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，從而減少沿程磨阻，減輕內(nèi)腐蝕。通過采取陰極保護(hù)，修復(fù)防腐層等措施，可減輕管線外腐蝕現(xiàn)象。

通過以上措施的實(shí)施運(yùn)用，可大大提升能量利用率、降低成本，延長管線、設(shè)備使用壽命，同時(shí)保障了油田注水系統(tǒng)高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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