降低注水單耗節能措施的綜合應用

侯立泉 趙留陽 劉祥 崔靜濤

(大港油田公司第三采油廠 天津 300280）

1 概述

油田在開發過程中，地層壓力逐漸降低，油井產液量逐漸下降，因此需要通過注水補充地層能量。第三采油廠共有注水泵站25座、增壓注水泵82臺，注水井982口、開井537口，2012年注水量1477.0272萬方，注水耗電14268.082萬千瓦時，注水單耗9.66KWH/M3。由于不同注水區塊、同一區塊不同注水井吸水壓力差異大，單井油壓低的不足10MPa，最高達38 MPa，為完成地質配注要求，系統注水壓力只能就高不就低，注水站壓力等級分為16MPa、21MPa、25 MPa、32MPa、35 MPa，部分注水井通過采取單井增注工藝滿足配注要求。目前所有機泵均采用變頻調速技術。

2 節能措施及相關對策

2.1 加強注水機泵現場管理

加強注水泵現場管理，注水泵的泵效由容積效率、機械效率所決定，因此，提高泵效要從這兩方面入手：

2.1.1 提高注水泵容積效率

加強對閥座、閥片、彈簧、密封圈等易損件的檢查，對損壞的配件及時更換。對因泵頭刺漏造成的泵效低的問題，要對泵頭進行修復、更新。加強計量管理，各注水站值班人員按時錄取流量數據，計算泵效，發現問題并及時進行處理。

2.1.2 提高注水泵機械效率

按照“清潔、潤滑、緊固、調整、防腐”的十字作業法加強機組維護，重點做好機組潤滑、皮帶松緊調整等維護工作，減少機械損耗。

2.2 開展注水單耗分析

充分利用壓力及泵效遠程監測報警系統，目前各作業區注水泵站已建立注水泵站單耗分析制度，根據監測系統提供的實時電量、水量數據，每周分析泵站運行過程中存在的問題，使注水泵站節能工作走向常態化。

2.3 實施注水系統高低壓分離改造

2.3.1 自一注水站高低壓分離改造

自一注水站改造前運行現狀：自一注運行壓力23.0MPa，系統所負責24口注水井中，僅有自7-13-2、自15-12等7口注水井壓力高于15MPa，配注共350m3/d，占總水量的29.1%，其余注水壓力均低于10MPa，配注850m3/d，占總水量的70.9%，注水站為保證配注，運行壓力只能就高不就低，造成無功損耗大、注水能耗高的問題。

調整方案：為降低自一注水系統的整體運行能耗，結合該地區注水井的實際生產情況，對該注水系統實施“高低壓分離、局部增壓”的技術改造措施，將自一注水站系統分為兩個壓力系統（22Mpa系統和12Mpa系統），同時對軍23-27井實施單井地面增壓注水。

自一注水站系統節能改造實施效果預測：

自一注實施高低壓分離改造后，22MPa系統注水量為380m3，系統運行壓力較改造前下降1.0MPa，12MPa系統注水量為870m3，系統運行壓力較改造前下降11.0MPa，節能效果如下：

①、22MPa系統節電量

N-節電量（KW.H）

P2-改造前運行壓力（MPa）

P1-改造前運行壓力（MPa）

Q-注水量（m3/h）

總計節電量=（5.77+128.67+33.42）×24×365=147.05（萬千瓦時）。

④、增注泵增加的耗電量

軍23-27新上120m3/10.0MPa增壓泵一臺，電機功率37KW，年增加電量 =37×0.7×（n柱 -n增）×24×365=337×0.7×（0.8-0.5）×24×365=6.8（萬千瓦時）

n柱-柱塞泵效率

n增-離心式增注泵效率

實際節電量=147.05-6.8=140.25（萬千瓦時），每千瓦時電按0.78元計算，年節約電費109.4萬元。

改造進度：該改造項目于4月15日完工。系統實施改造后，實現日節電量3585KW.H。

2.3.2 自六注高低壓分離改造

自六注改造前運行現狀：自六注運行壓力25.0MPa，系統下游有2臺增注泵，規格為400m3/10MPa、300m3/10MPa各一臺，共負責9口水井增壓注水，配注量約430m3/d，其余3口水井，配注量約180m3/d。通過對注水系統的能耗分析，計劃對自六注實施高低壓分離調整，其中高壓系統運行壓力為35.0MPa,低壓系統運行壓力為25.0MPa。

調整方案：將自六注4#、5#柱塞泵更換為5ZB-12/42型注水泵，2#、3#（3H-8/450II型柱塞泵）換柱塞為38mm，改造后35.0MPa系統能力達到860m3/d，25.0MPa系統能力490m3/d。

改造進度：該改造項目于4月8日施工完畢。系統實施改造后，下游2臺增注泵停運即可滿足配注要求，實現日節電量3600KW.H。

2.4 優化調整注水泵站、增注泵及運行參數

2.4.1 調整注水泵站運行參數

針對采油廠部分注水泵站生產參數，存在泵壓過高、能耗浪費的不合理現象，及時動態調整泵站運行參數，共調整3個泵站，實現日節電量1175KWh，1-5月份累計節電5.96萬千瓦時。

2.4.2 優化調整機泵柱塞直徑

針對官一注水泵站注水量與注水泵排量不匹配的情況，通過優化注水泵柱塞直徑，將3#泵柱塞直徑由38mm調整為35mm，通過降低單泵額定排量，滿足下游注水井配注需求，避免了開回流閥門生產的問題，調整后運行變頻由20HZ升至30HZ；在保證注水量不變的情況下，注水泵站單耗由10.728kw·h/m3降至 10.08kw·h/m3，實現日節電340KW.H，年節電11.2萬千瓦時，節約電費約8.8萬元。

2.4.3 優化調整增壓泵

針對部分增注泵存在“大馬拉小車”不合理現象，采用動態調整的方式進行優化調整，2013年1-5月份共新購置3臺、盤活4臺、調整增注泵18臺。調整的增注泵負載率由55%提高到68.5%，增壓注水單耗降低0.1KW.H/m3·MPa，日節電量1200KW.H左右，1-5月份累計節電量10.8萬度。

2.4.4 優化調整增注泵運行參數

針對采油廠部分增注泵生產參數存在泵壓過高、能耗浪費的不合理現象，及時動態調整增注泵運行參數，共調整28臺次，日節電量13340KW.H，1-5月份累計節電102.3萬千瓦時。

2.4.5 調整低壓注水井

針對采油廠部分注水井，注水壓力低，仍在高壓系統注水的不合理現象，及時調入周邊低壓系統，共調整22口井，日節電量7206KWh，1-5月份累計節電45.8萬千瓦時。

2.5 應用“射流”除垢技術

2.5.1 技術原理

清洗儀器上設計安裝了內振系統和射流噴嘴，將清洗儀器投入管道中，在水力的推動下旋轉行進，水流自尾翼壓入內振系統，猛烈收縮又急劇膨脹，生成無數空泡，匯入噴嘴后，在清洗儀器周圍形成爆破性沖擊射流，擊打前方的管垢，然后與沖擊清洗下來的碎垢一道匯聚成湍流，向前竄動，直達排污口。

2.5.2 技術特點

采用的是物理清洗，施工過程中不產生任何有毒氣體，安全可靠。操作簡便，一旦清洗儀器卡阻，用泵車反打水，一般情況下清洗儀器能順利退出，不會卡堵管道。通過能力強，可通過1.0D彎頭。管道除垢較徹底，除垢率達90%以上。

通過采用“射流”除垢技術，完成了30單井管道、10條注水干線的除垢工作，除垢管道平均壓損由除垢前的2.3MPa降至0.7MPa，凈降壓損1.6MPa，實施除垢的注水管道基本消除了水質的二次污染，同時通過除垢降壓損，實現日節電680KW.H，經濟及社會效益顯著。

3 結論及建議

3.1 結論

3.1.1 實施高低壓分離改造可顯著降低注水系統能耗

通過優化系統管網及工藝流程，合理設定系統注水壓力，將不同注水壓力的注水井分別調入不同壓力等級的注水系統，可顯著降低泵站注水單耗。

3.1.2 優化機泵生產工藝參數是減少能源浪費的有效措施

應有專業部門負責，采取生產參數審批制度，同時根據生產情況及時優化調整，在滿足生產需要的前提下，最大程度提高設備負載率，避免“大馬拉小車”等問題，減少能源消耗浪費。

3.2 建議

3.2.1 增加增壓泵的增壓等級

目前現場應用的增壓泵只有增壓10MPa、15MPa兩個等級，不能滿足生產要求，建議根據需要定制相應壓力及排量的增壓泵，如增壓5MPa，提高高壓離心泵的機械泵效，降低能耗。

3.2.2 調整注水泵電機皮帶輪直徑

雖然目前注水泵均配套了變頻調速控制柜，變頻控制器在頻率接近工頻運轉時，能耗高于工頻運轉，變頻控制器在頻率低于20HZ時不能正常運轉，需要開回流運轉。由于下游所需配注的變化，變頻控制器的運轉頻率往往不能選擇，因此調整注水泵電機皮帶輪直徑，使之在最佳工況點運行，可有效降低能源消耗。

3.2.3 推動官二注1#、2#、3#三座注水泵房的聯網運行

官二注1#、3#注水泵房同屬一個注水系統，注水能力4800m3/d，實注3470m3/d，泵壓25.0MPa，由1#分水閥組進行分水。官二注2#注水泵房注水能力2400m3/d，實注1800m3/d，泵壓25.0MPa，由2#分水閥組進行分水。根據官二注分水閥組存在的腐蝕滲漏嚴重、影響注水時率及官二聯發電機組改造工程的需要，為保證官二注的平穩運行，將1#泵房5臺泵移至2#泵房，同時對官二注兩座分水閥組進行調整：將2#分水閥組報廢，其所轄的王1、2、3、4站注水干線全部調至1#分水閥組，實現3座注水泵房的聯網運行。預計運行11臺泵（1臺變頻），比優化前減少了1臺機泵運行，可實現日節電3000KW.H。

3.2.4 實施定期通球除垢

加大注水管道周期通球工作力度，對具備通球流程的70余條單井管道進行周期通球；同時，組織完成棗10站、棗11站、王7站等系統注水干線的射流除垢，減少壓力損失，同時消除管道沉積物對水質的二次污染。