水驅(qū)供注質(zhì)量管理實(shí)踐及其應(yīng)用

滕少臣，鄒越，陸洋，徐景旸

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

0 引言

注水工作在油田生產(chǎn)中的作用越來越重要,準(zhǔn)確可靠的高壓注水計(jì)量不僅可以降低注水管網(wǎng)壓損，提升管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效率，而且有利于提升油田注水開發(fā)效果[1]。大慶油田自開發(fā)建設(shè)生產(chǎn)以來，單井注水計(jì)量由20世紀(jì)60年代的角接式機(jī)械濕式水表，發(fā)展到70年代角接式機(jī)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(jì)兩種[3]。高壓注水表主要由葉輪、磁轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、整流器、指示計(jì)數(shù)器等部件組成[4]，利用高壓注水在管道流動(dòng)時(shí),對渦輪葉片作用使其旋轉(zhuǎn),通過測量旋轉(zhuǎn)的速率來確定流速。按照國家檢定規(guī)程JJG 162—2009《冷水水表》的規(guī)定:檢定周期為1年。但由于注水壓力高、水質(zhì)等諸多因素,為了保證注水計(jì)量的準(zhǔn)確性,我廠將高壓注水表的檢定周期縮短為6個(gè)月,磁電流量計(jì)的檢定周期為12個(gè)月[5]。

但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),注水儀表在檢定周期內(nèi)超差率仍然很高,給水驅(qū)供注質(zhì)量造成較大影響，迫切需要通過對影響水驅(qū)供注質(zhì)量的原因進(jìn)行反復(fù)查找、分析、論證及對誤差的判斷方法和解決辦法充分發(fā)揮精準(zhǔn)注水對原油產(chǎn)量的保障作用。

1 水驅(qū)供注質(zhì)量可靠性研究PDCA過程控制

根據(jù)單井不同注入量區(qū)間，從第一到第六作業(yè)區(qū)隨機(jī)選取在線運(yùn)行的122塊DN50口徑高壓注水表（表1），在不進(jìn)行清洗的情況下，在確認(rèn)測試車配套的測試流量計(jì)滿足精度要求的條件下，分別采用室外測試流量計(jì)和室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)檢定裝置對其檢定測試，剖析影響水驅(qū)供注質(zhì)量的原因。

表1 不同注入量區(qū)間測試高壓注水表數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

2 水驅(qū)供注質(zhì)量可靠性研究計(jì)劃

通過技術(shù)團(tuán)隊(duì)討論，對于水驅(qū)供注質(zhì)量的研究重點(diǎn)是從高壓注水表檢定測試平均誤差情況、產(chǎn)生原因分析等方面開展工作，達(dá)到保證水驅(qū)供注質(zhì)量可靠性可實(shí)現(xiàn)性。

2.1 水驅(qū)供注質(zhì)量配套儀表的平均誤差情況

在室內(nèi)檢定測試中，將高壓注水表的檢定流量點(diǎn)由國家檢定規(guī)程規(guī)定的3個(gè)點(diǎn)增加到5個(gè)點(diǎn)。經(jīng)室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)檢定裝置檢定，122塊高壓注水表的平均誤差數(shù)據(jù)如綠色線所示，前期采用室外測試流量計(jì)，在工況下抽樣測試的17口井誤差數(shù)據(jù)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(diǎn)108 m3/d（4.5 m3/h）以下，工況情況下誤差大，平均為+27.9%，室內(nèi)檢定情況下誤差小，平均為-6.8%；分界流量點(diǎn)108 m3/d（4.5 m3/h）以上，工況情況下誤差大，平均為+4.8%，室內(nèi)檢定情況下誤差小，平均為-3.4%；全量程范圍內(nèi)，工況情況下平均誤差大，平均為+24.8%，室內(nèi)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(nèi)檢定情況下，誤差均呈減小趨勢。

圖1 不同注入量區(qū)間的誤差曲線

2.2 水驅(qū)供注質(zhì)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(huán)境，重點(diǎn)從實(shí)注水量、注入水質(zhì)、注入壓力3個(gè)因素。分析高壓注水表誤差大的原因。

1）實(shí)注水量對計(jì)量誤差的影響。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，我廠配注量在100 m3/d及以下的井?dāng)?shù)2 359口，比例達(dá)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(diǎn)以上運(yùn)行允許誤差?。ā?%），分界流量點(diǎn)以下運(yùn)行允許誤差大（±5%），這是儀表自身特性導(dǎo)致的，也就是說，水表在分界流量以上工作時(shí)允許誤差小，在分界流量以下工作時(shí)允許誤差大是客觀的（各流量點(diǎn)及其最大允許誤差見表2）。單井注水水表流量計(jì)量范圍與實(shí)際注水配注參數(shù)不匹配，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)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(zhì)對計(jì)量誤差的影響。現(xiàn)場選取的122塊高壓注水表中，有41塊注水表存在表內(nèi)凝油（如圖2（a）所示）、泥砂堵塞（如圖2（b）所示）、葉輪掛油、雜質(zhì)附著、雜質(zhì)堵塞等情況，占總表數(shù)的33.6%（表3）。

圖2 水質(zhì)對高壓注水表轉(zhuǎn)動(dòng)部件的影響

表3 水質(zhì)影響對注水表誤差的影響

水質(zhì)影響下，堵塞部位不同，導(dǎo)致高壓注水表正負(fù)誤差不定，進(jìn)水孔堵塞時(shí)，出現(xiàn)正偏差；水表機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)受阻時(shí)，出現(xiàn)負(fù)偏差，堵塞嚴(yán)重時(shí)，葉輪會(huì)出現(xiàn)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(jìn)一步驗(yàn)證高壓注水表進(jìn)水孔截面積變小時(shí)，對計(jì)量誤差的影響，對同一塊新表的3個(gè)進(jìn)水孔進(jìn)行封堵測試。

當(dāng)進(jìn)水口堵塞15%時(shí)，不同流量點(diǎn)的平均誤差為2.9%；進(jìn)水口堵塞25%時(shí)，不同流量點(diǎn)的平均誤差為17.6%；進(jìn)水口堵塞40%時(shí)，不同流量點(diǎn)的平均誤差為42.3%。從封堵測試數(shù)據(jù)上看，隨著封堵面積增大，進(jìn)水孔截面積縮小，流速增大，葉輪轉(zhuǎn)速增加，導(dǎo)致誤差逐漸變大（圖3）。

圖3 不同封堵情況下各流量點(diǎn)的誤差變化情況

3）注入壓力對計(jì)量誤差的影響。現(xiàn)場注水壓力在10 MPa以上，標(biāo)準(zhǔn)檢定裝置工作壓力在0.4 MPa左右。為了驗(yàn)證注入壓力對計(jì)量誤差的影響，從122塊高壓注水表中選取了6塊分別進(jìn)行工況下測試和室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)上看，分界流量點(diǎn)（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(diǎn)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(xiàn)場注入壓力高（10 MPa以上），室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)檢定壓力的懸殊是導(dǎo)致注水表誤差大的原因，且工況下為正誤差，室內(nèi)檢定條件下是負(fù)誤差，圖1的兩條曲線也體現(xiàn)出這一結(jié)果。

3 水驅(qū)供注質(zhì)量可靠性的實(shí)踐效果

鑒于高壓注水表精度受實(shí)注水量、注入水質(zhì)、注入壓力綜合影響，為加強(qiáng)水驅(qū)供注質(zhì)量管理，提高計(jì)量精度，采取以下控制和規(guī)避措施。

3.1 改善水質(zhì)

水質(zhì)提高對計(jì)量準(zhǔn)確率至關(guān)重要，要抓好源頭保水質(zhì)、節(jié)點(diǎn)提效果工作[7]，加強(qiáng)水質(zhì)和洗井管理等工作,為今后深入搞好注水工作提供依據(jù)[8-10]，加大注入水質(zhì)治理力度，提高注入水質(zhì)質(zhì)量，同時(shí)避免維修和更新注水管線時(shí)雜草、塑料等雜物進(jìn)入管道，以降低水質(zhì)對注水表計(jì)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(diǎn)為25.2 m3/d，建議經(jīng)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(diào)整更換為DN25口徑的高壓注水表。

3.3 選擇渦街流量計(jì)

現(xiàn)場使用的高壓注水表是機(jī)械式儀表，受水質(zhì)和壓力影響大，且78.2%的注水表工作在分界流量點(diǎn)以下，選用測量線性度好、計(jì)量精度高且無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件的渦街（或電磁）流量計(jì)[10]，解決分界流量點(diǎn)以下計(jì)量誤差大的問題，隨著廠數(shù)字化油田建設(shè)的推進(jìn)逐步更換。

通過上述措施，確保了水源井—干線—配水間—單井計(jì)量誤差小于±5%，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)論

在油井挖潛措施日益減少的情況下,“注好水”是油田穩(wěn)產(chǎn)的重中之重,基于水驅(qū)供注質(zhì)量管理問題，綜合運(yùn)用質(zhì)量可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)誤差追溯流程和試驗(yàn)方法，通過試驗(yàn)分析影響水驅(qū)供注質(zhì)量的因素，并采取針對性的質(zhì)量保障、控制和規(guī)避措施，提高儀表計(jì)量準(zhǔn)確性的治理效果，進(jìn)一步提高水驅(qū)供注質(zhì)量，為油田注水精密計(jì)量提供依據(jù)。