水驅供注質量管理實踐及其應用

滕少臣，鄒越，陸洋，徐景旸

中國石油大慶油田有限責任公司 第二采油廠工程技術大隊（黑龍江 大慶163414）

0 引言

注水工作在油田生產中的作用越來越重要,準確可靠的高壓注水計量不僅可以降低注水管網壓損，提升管網系統運行效率，而且有利于提升油田注水開發效果[1]。大慶油田自開發建設生產以來，單井注水計量由20世紀60年代的角接式機械濕式水表，發展到70年代角接式機械干式水表[2]。目前使用的注水儀表主要分為高壓注水表和磁電流量計兩種[3]。高壓注水表主要由葉輪、磁轉動機構、整流器、指示計數器等部件組成[4]，利用高壓注水在管道流動時,對渦輪葉片作用使其旋轉,通過測量旋轉的速率來確定流速。按照國家檢定規程JJG 162—2009《冷水水表》的規定:檢定周期為1年。但由于注水壓力高、水質等諸多因素,為了保證注水計量的準確性,我廠將高壓注水表的檢定周期縮短為6個月,磁電流量計的檢定周期為12個月[5]。

但在實踐中發現,注水儀表在檢定周期內超差率仍然很高,給水驅供注質量造成較大影響，迫切需要通過對影響水驅供注質量的原因進行反復查找、分析、論證及對誤差的判斷方法和解決辦法充分發揮精準注水對原油產量的保障作用。

1 水驅供注質量可靠性研究PDCA過程控制

根據單井不同注入量區間，從第一到第六作業區隨機選取在線運行的122塊DN50口徑高壓注水表（表1），在不進行清洗的情況下，在確認測試車配套的測試流量計滿足精度要求的條件下，分別采用室外測試流量計和室內標準檢定裝置對其檢定測試，剖析影響水驅供注質量的原因。

表1 不同注入量區間測試高壓注水表數量統計表

2 水驅供注質量可靠性研究計劃

通過技術團隊討論，對于水驅供注質量的研究重點是從高壓注水表檢定測試平均誤差情況、產生原因分析等方面開展工作，達到保證水驅供注質量可靠性可實現性。

2.1 水驅供注質量配套儀表的平均誤差情況

在室內檢定測試中，將高壓注水表的檢定流量點由國家檢定規程規定的3個點增加到5個點。經室內標準檢定裝置檢定，122塊高壓注水表的平均誤差數據如綠色線所示，前期采用室外測試流量計，在工況下抽樣測試的17口井誤差數據如紅色線所示（圖1）。

從圖1可以看出，在高壓注水表的分界流量點108 m3/d（4.5 m3/h）以下，工況情況下誤差大，平均為+27.9%，室內檢定情況下誤差小，平均為-6.8%；分界流量點108 m3/d（4.5 m3/h）以上，工況情況下誤差大，平均為+4.8%，室內檢定情況下誤差小，平均為-3.4%；全量程范圍內，工況情況下平均誤差大，平均為+24.8%，室內檢定情況下誤差小，平均為-6.4%，隨著流量的增加，工況情況下和室內檢定情況下，誤差均呈減小趨勢。

圖1 不同注入量區間的誤差曲線

2.2 水驅供注質量誤差原因分析

綜合考慮高壓注水表工作原理、檢定條件和工作環境，重點從實注水量、注入水質、注入壓力3個因素。分析高壓注水表誤差大的原因。

1）實注水量對計量誤差的影響。經統計，我廠配注量在100 m3/d及以下的井數2 359口，比例達到78.2%，這部分井的配注量低于DN50口徑高壓注水表的分界流量108 m3/d。高壓注水表在分界流量點以上運行允許誤差?。ā?%），分界流量點以下運行允許誤差大（±5%），這是儀表自身特性導致的，也就是說，水表在分界流量以上工作時允許誤差小，在分界流量以下工作時允許誤差大是客觀的（各流量點及其最大允許誤差見表2）。單井注水水表流量計量范圍與實際注水配注參數不匹配，導致采集數據誤差增大[6]。

表2 DN50高壓注水表使用、檢定流量分布及允許誤差

2）注入水質對計量誤差的影響?，F場選取的122塊高壓注水表中，有41塊注水表存在表內凝油（如圖2（a）所示）、泥砂堵塞（如圖2（b）所示）、葉輪掛油、雜質附著、雜質堵塞等情況，占總表數的33.6%（表3）。

圖2 水質對高壓注水表轉動部件的影響

表3 水質影響對注水表誤差的影響

水質影響下，堵塞部位不同，導致高壓注水表正負誤差不定，進水孔堵塞時，出現正偏差；水表機械轉動機構受阻時，出現負偏差，堵塞嚴重時，葉輪會出現卡死情況（表4）。

表4 堵塞部位不同對高壓注水表誤差的影響

為了進一步驗證高壓注水表進水孔截面積變小時，對計量誤差的影響，對同一塊新表的3個進水孔進行封堵測試。

當進水口堵塞15%時，不同流量點的平均誤差為2.9%；進水口堵塞25%時，不同流量點的平均誤差為17.6%；進水口堵塞40%時，不同流量點的平均誤差為42.3%。從封堵測試數據上看，隨著封堵面積增大，進水孔截面積縮小，流速增大，葉輪轉速增加，導致誤差逐漸變大（圖3）。

圖3 不同封堵情況下各流量點的誤差變化情況

3）注入壓力對計量誤差的影響?，F場注水壓力在10 MPa以上，標準檢定裝置工作壓力在0.4 MPa左右。為了驗證注入壓力對計量誤差的影響，從122塊高壓注水表中選取了6塊分別進行工況下測試和室內標準檢定裝置檢定（表5）。

表5 檢定條件與工況條件誤差對比表

從測試數據上看，分界流量點（108 m3/d）以下，工況條件平均誤差+45.36%，檢定條件平均誤差-4.62%；分界流量點以上，工況條件下平均誤差+6.31%，檢定條件下平均誤差+0.31%。

可以看出，由于現場注入壓力高（10 MPa以上），室內標準檢定裝置工作壓力低（0.4 MPa），工況條件下的注水表工作壓力和室內檢定壓力的懸殊是導致注水表誤差大的原因，且工況下為正誤差，室內檢定條件下是負誤差，圖1的兩條曲線也體現出這一結果。

3 水驅供注質量可靠性的實踐效果

鑒于高壓注水表精度受實注水量、注入水質、注入壓力綜合影響，為加強水驅供注質量管理，提高計量精度，采取以下控制和規避措施。

3.1 改善水質

水質提高對計量準確率至關重要，要抓好源頭保水質、節點提效果工作[7]，加強水質和洗井管理等工作,為今后深入搞好注水工作提供依據[8-10]，加大注入水質治理力度，提高注入水質質量，同時避免維修和更新注水管線時雜草、塑料等雜物進入管道，以降低水質對注水表計量精度的影響。

3.2 選擇DN25口徑高壓注水表

因DN25口徑高壓注水表的分界流量點為25.2 m3/d，建議經工藝改造和更新表殼，將配注量在100 m3/d以下DN50口徑的高壓注水表，調整更換為DN25口徑的高壓注水表。

3.3 選擇渦街流量計

現場使用的高壓注水表是機械式儀表，受水質和壓力影響大，且78.2%的注水表工作在分界流量點以下，選用測量線性度好、計量精度高且無機械轉動部件的渦街（或電磁）流量計[10]，解決分界流量點以下計量誤差大的問題，隨著廠數字化油田建設的推進逐步更換。

通過上述措施，確保了水源井—干線—配水間—單井計量誤差小于±5%，達到了預期目標。

4 結論

在油井挖潛措施日益減少的情況下,“注好水”是油田穩產的重中之重,基于水驅供注質量管理問題，綜合運用質量可靠性設計技術，設計誤差追溯流程和試驗方法，通過試驗分析影響水驅供注質量的因素，并采取針對性的質量保障、控制和規避措施，提高儀表計量準確性的治理效果，進一步提高水驅供注質量，為油田注水精密計量提供依據。