油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡指標(biāo)體系研究

帕爾哈提 何靜 葛蘇鞍 馬中山 王堅(jiān)（新疆油田公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院）

油田進(jìn)行水平衡測(cè)試時(shí)，首先需要明確相應(yīng)的指標(biāo)體系以便順利開展具體的測(cè)試工作。對(duì)于油氣田企業(yè)而言，其水平衡指標(biāo)體系包括企業(yè)水平衡指標(biāo)體系及生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡指標(biāo)體系兩部分。其中，企業(yè)水平衡指標(biāo)體系是指對(duì)于企業(yè)而言通用的基礎(chǔ)指標(biāo)體系，生產(chǎn)系統(tǒng)指標(biāo)體系是針對(duì)具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)中各單元、系統(tǒng)所細(xì)化的指標(biāo)體系。

1 油氣田企業(yè)水平衡指標(biāo)體系[1-3]

油氣田企業(yè)水平衡指標(biāo)體系包括基準(zhǔn)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)兩大部分，其中，基準(zhǔn)指標(biāo)包括6項(xiàng)，技術(shù)指標(biāo)包括5項(xiàng)，具體指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 企業(yè)水平衡指標(biāo)體系

2 油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡指標(biāo)體系

根據(jù)油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝現(xiàn)狀及實(shí)際運(yùn)行情況，建立了相應(yīng)水平衡測(cè)試指標(biāo)體系，主要包括原油集輸系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、注汽系統(tǒng)、天然氣集輸系統(tǒng)4部分內(nèi)容。具體指標(biāo)體系如圖2所示。

3 水平衡的計(jì)算基準(zhǔn)

3.1 水平衡的計(jì)算基準(zhǔn)

水平衡的計(jì)算以“m3/d”為計(jì)算基準(zhǔn)。對(duì)于周期性和間歇性較多的用水設(shè)備，其各類水量折算成日平均水量，方可進(jìn)行水平衡的計(jì)算。

根據(jù)企業(yè)供排水基本規(guī)律，目前，企業(yè)水平衡的計(jì)算可歸納為三大類共9個(gè)基本公式。

3.2 水量平衡關(guān)系式

企業(yè)直排式供水模式中各種水量的平衡關(guān)系：

企業(yè)耗水型供水模式中各種水量的平衡關(guān)系：

企業(yè)重水型供水模式中各種水量的平衡關(guān)系：

需要說(shuō)明的是：因?yàn)橹挥性诨厥账陨碇貜?fù)利用的體系中才存在Q重=Q回的關(guān)系式，所以，公式（4）只在體系之間的回收水不串用的條件下才成立。

若本體系的回收水部分或全部不自用，供給了其他體系，或本體系的重復(fù)用水部分或全部是由外體系供給時(shí)，即Q重≠Q(mào)回，則公式（4）應(yīng)改寫為：Q用=Q回+Q排+Q耗。

4 水平衡指標(biāo)的計(jì)算[4]

4.1 油氣田企業(yè)水平衡技術(shù)指標(biāo)計(jì)算

目前，水平衡的技術(shù)指標(biāo)主要包括水的重復(fù)利用率、排水率、耗水率和水的回收率等。其中，水的重復(fù)利用率R、排水率P、耗水率r是國(guó)家考核企業(yè)合理化用水的重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，是評(píng)價(jià)企業(yè)用水水平的重要依據(jù)。

水的重復(fù)利用率：體系中所重復(fù)利用的水量占體系總用水量的百分比，計(jì)算公式：

排水率：體系實(shí)際排放到環(huán)境中去的水量占體系總用水量的百分比，計(jì)算公式：

耗水率：體系實(shí)際消耗的水量占體系總用水量的百分比，計(jì)算公式：

水的回收率：體系中所回收的水量占體系總用水量的百分比，計(jì)算公式：

水表計(jì)量率：水表計(jì)量率計(jì)算公式：

式中：

Km——水表計(jì)量率，%；

Vmi——在一定的計(jì)量時(shí)間內(nèi)，企業(yè)或企業(yè)各層次用水單元的水表計(jì)量的用（或取）水量，m3；

Vi——在一定的計(jì)量時(shí)間內(nèi)，企業(yè)或企業(yè)內(nèi)各層次用水單元的用（或取）水量，m3。

4.2 油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡技術(shù)指標(biāo)計(jì)算

油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡指標(biāo)的計(jì)算主要以原油集輸系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、注汽系統(tǒng)以及天然氣集輸系統(tǒng)等4大系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，根據(jù)相關(guān)監(jiān)測(cè)內(nèi)容和重點(diǎn)開展相應(yīng)的水平衡測(cè)試，以考察各供用水系統(tǒng)的水量平衡、單位產(chǎn)品新鮮水用量和用水綜合漏損率等，多角度多方面地確定被測(cè)系統(tǒng)供用水情況，對(duì)其科學(xué)用水管理及明確今后節(jié)水方向起指導(dǎo)作用。

4.3 驗(yàn)算公式

在企業(yè)水平衡計(jì)算過(guò)程中，為了檢查各個(gè)水平衡體系的結(jié)果是否正確，可用公式R+P+r=100%來(lái)進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)于回收水不自用及重復(fù)用水由外部供入的供水體系，公式可改寫為

圖2 生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡指標(biāo)體系

水平衡的計(jì)算公式反映了企業(yè)供排水的基本規(guī)律。表述了企業(yè)中各種水量之間的平衡關(guān)系以及互相依存的情況。依據(jù)水平衡公式可對(duì)所有用水設(shè)備、設(shè)施以及車間、企業(yè)進(jìn)行水平衡計(jì)算，為企業(yè)制定用水規(guī)劃，進(jìn)行用水預(yù)測(cè)提供科學(xué)的理論根據(jù)。

4.4 水的重復(fù)利用率的計(jì)算方法

水的重復(fù)利用率是國(guó)家考核企業(yè)用水水平的重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。目前許多企業(yè)加強(qiáng)節(jié)水管理工作，挖掘節(jié)水潛力，不斷提高水的重復(fù)利用率以節(jié)約水資源。

根據(jù)水的重復(fù)利用率計(jì)算公式（5）可知：水的重復(fù)利用率取決于2個(gè)變量，一是企業(yè)總用水量的大小，二是企業(yè)總重復(fù)利用水量的多少。當(dāng)Q用不變時(shí)，Q重增大，則R增大；當(dāng)Q重不變時(shí)，Q用減小，則R也增大。因此，企業(yè)用水量及重復(fù)用水量的測(cè)試及計(jì)算是企業(yè)水平衡的一個(gè)重要組成部分。

由于企業(yè)中各種用水設(shè)備構(gòu)成不同，用水設(shè)備的使用周期不同，有些設(shè)備是間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)，而有些設(shè)備是季節(jié)性使用，這些設(shè)備在使用或非使用期間對(duì)企業(yè)的用水量或重復(fù)用水量會(huì)有舉足輕重的影響，因此，在企業(yè)進(jìn)行水平衡測(cè)算時(shí)，這類設(shè)備處于何種狀態(tài)是十分重要的。為了保證水平衡測(cè)試的科學(xué)性，對(duì)水平衡的測(cè)試要求和計(jì)算方法作出統(tǒng)一的規(guī)定。

1）水平衡測(cè)試期間，企業(yè)的所有用水設(shè)備處于正常的運(yùn)行狀態(tài)（平常的用水狀態(tài)如何，測(cè)試時(shí)的狀態(tài)就保持如何，不允許人為地高負(fù)荷或低負(fù)荷，不允許人為地延長(zhǎng)開機(jī)時(shí)間、加班加點(diǎn)或增加生產(chǎn)班次，也不允許把備用設(shè)備都開動(dòng)起來(lái)。總之，一切不正常的虛假用水現(xiàn)象都應(yīng)當(dāng)排除。只有這樣，水平衡的測(cè)試結(jié)果才能反映實(shí)際的用水情況）。企業(yè)的各類水量一律測(cè)取24 h內(nèi)的累計(jì)數(shù)據(jù)，用水表計(jì)量水量應(yīng)用累計(jì)數(shù)，而不取小時(shí)平均數(shù)。

2）對(duì)于測(cè)試周期大于24 h的用水設(shè)備，其各類水量一律折算成日平均水量。如某用水設(shè)備其生產(chǎn)周期為3.5 d，累計(jì)補(bǔ)水量35 m3，則該設(shè)備每天的日補(bǔ)水量即為10m3/d。

3）對(duì)于間歇時(shí)間較長(zhǎng)的用水設(shè)備，在測(cè)試期間已運(yùn)行的，其用水量可以參加水平衡計(jì)算。測(cè)試期間未開動(dòng)的，則不參加水平衡的計(jì)算。但是，對(duì)這類設(shè)備的數(shù)量，日補(bǔ)水量、年工作日等都要記錄在設(shè)備水平衡測(cè)試報(bào)告中。這樣既保持了測(cè)試的真實(shí)性，又為全面了解企業(yè)的年補(bǔ)水量提供了計(jì)算的依據(jù)。

4）為了便于同類企業(yè)、同類產(chǎn)品用水水平的比較以及對(duì)企業(yè)正常生產(chǎn)過(guò)程中用水情況的分析，企業(yè)中的純生活用水和其它臨時(shí)性的用水，如家屬宿舍和基本建設(shè)的用水等，不參加企業(yè)水的重復(fù)利用率的計(jì)算，這部分用水量可從企業(yè)的總用水量中扣除掉。便于分析企業(yè)的正常用水情況。這樣企業(yè)水的復(fù)用率的計(jì)算公式可改寫為式（10）所示形式：

企業(yè)的輔助生產(chǎn)用水和附屬生產(chǎn)用水必須參加企業(yè)水的重復(fù)利用率的計(jì)算，不應(yīng)從企業(yè)總用水量中扣除掉。企業(yè)中的純生活用水和其他臨時(shí)性的用水雖不參加企業(yè)水的重復(fù)利用率的計(jì)算，但要認(rèn)真地進(jìn)行水平衡測(cè)試，在企業(yè)的水平衡表和水平衡框圖中應(yīng)反映出來(lái)，同時(shí)企業(yè)要采取措施加強(qiáng)管理，單獨(dú)下指標(biāo)考核，節(jié)約用水。為了保持企業(yè)水平衡表和水平衡圖的一致性以及設(shè)備、車間和企業(yè)各級(jí)水量之間的平衡關(guān)系，企業(yè)在計(jì)算重復(fù)用水率時(shí)一般都計(jì)算兩套數(shù)據(jù)。在企業(yè)總的水平衡表上的為總復(fù)用率不扣除純生活用水和其他臨時(shí)性用水。在水平衡表的備注欄內(nèi)復(fù)用水率是扣除純生活用水和其他臨時(shí)性用水后的數(shù)值，是作為同類企業(yè)的比較和上報(bào)、考核用的指標(biāo)數(shù)，計(jì)算兩套數(shù)據(jù)的做法在目前是全面的，也是科學(xué)的，反映了企業(yè)的實(shí)際情況。

企業(yè)的排水率P、耗水率r、回收水率h的計(jì)算應(yīng)與重復(fù)用水率的計(jì)算相一致。

5 企業(yè)水平衡測(cè)試的計(jì)算方法

企業(yè)水平衡測(cè)試，不論是一次平衡法，還是逐級(jí)平衡法，都是一種瞬時(shí)測(cè)試，只能反映測(cè)試期間企業(yè)的用水情況，不能反映企業(yè)年度的用水情況。但是國(guó)家每年對(duì)企業(yè)下達(dá)的供水指標(biāo)和評(píng)價(jià)企業(yè)的用水水平，是以年度為依據(jù)，不是以瞬時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)為依據(jù)的。瞬時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)只作為年度用水情況的參考，這就給水平衡測(cè)試工作提出了一個(gè)新的任務(wù)，就是如何通過(guò)水平衡測(cè)試來(lái)為國(guó)家考核企業(yè)的用水情況提供依據(jù)，使水平衡測(cè)試數(shù)據(jù)具有年度指導(dǎo)意義，目前，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)踐，提出了平均法、修正法、年度累計(jì)計(jì)算法三種解決方法。

5.1 平均法

平均法是指企業(yè)每年要在用水高峰和低峰期間分別進(jìn)行一次水平街測(cè)試，然后把兩次水平衡測(cè)試結(jié)果進(jìn)行平均，取其平均值，再乘以企業(yè)年工作日，所得的各類水量即為企業(yè)年度的水量值，這種測(cè)算方法的好處是：既能反映企業(yè)在用水高峰和低峰期間各類用水設(shè)備和設(shè)施的用水情況，為供水部門，實(shí)行計(jì)劃用水提供依據(jù)，同時(shí)也比較接近企業(yè)的年用水量。平均法的計(jì)算如式（11）所示：

式中：

Q年補(bǔ)——企業(yè)的年補(bǔ)水量，m3/a）；

Q冬補(bǔ)——企業(yè)冬季水平衡測(cè)試時(shí)的日補(bǔ)水量，m3/d；

Q夏補(bǔ)——企業(yè)夏季水平衡測(cè)試時(shí)的日補(bǔ)水量，m3/d；

D——企業(yè)年工作日，d。

5.2 修正法

這種方法就是對(duì)企業(yè)水平衡測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行部分的修正，使其接近年度用水情況，如何修正，要看企業(yè)的用水設(shè)備情況而定。

企業(yè)的用水設(shè)備根據(jù)用水時(shí)間的不同可分為季節(jié)性、間歇性和常年用水設(shè)備三大類。

1）季節(jié)性用水設(shè)備：如夏季的空凋、冷卻用水設(shè)備、冬季的采暖鍋爐等，這類設(shè)備只要季節(jié)一過(guò)，用水立即停止，這類設(shè)備的日補(bǔ)水量以每年高低峰的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，可不做修正。季節(jié)性用水設(shè)備水量的計(jì)算方法如式（12）所示：

式中D設(shè)備為設(shè)備年工作日。

2）間歇性的用水設(shè)備：這類設(shè)備中有的一年僅用幾次，其用水量的計(jì)算方法和季節(jié)性用水設(shè)備一樣，以測(cè)試值為準(zhǔn)。

3）常年用水設(shè)備：屬于生產(chǎn)和輔助生產(chǎn)設(shè)備的有的可不修正，有的可修正5%～10%。屬于附屬生產(chǎn)用水，若為春、秋兩季測(cè)試可不加修正，以測(cè)試數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，計(jì)算方法同上；若冬、夏兩季測(cè)試必須進(jìn)行修正，修正系數(shù)n一般為30%～50%，即冬季測(cè)試時(shí)，加測(cè)試水量的30%～35%，夏季測(cè)試時(shí)減測(cè)水量的30%～35%，然后再乘以年工作日，即得年用水量。附屬生產(chǎn)用水設(shè)施水量（夏、冬季）的計(jì)算方法分別如式（13）、（14）所示：

附屬生產(chǎn)設(shè)施的修正系數(shù)只適用于一般企業(yè)，對(duì)某些特殊行業(yè)要酌情而定。

5.3 年度累計(jì)計(jì)算法

也稱統(tǒng)計(jì)法，這種方法就是把企業(yè)每日的實(shí)際補(bǔ)水量和重復(fù)利用水量累計(jì)起來(lái)，得出全年的總補(bǔ)水量和總復(fù)用水量，然后計(jì)算出企業(yè)水的重復(fù)利用率。統(tǒng)計(jì)法的計(jì)算方法如式（15）、（16）所示：

目前，企業(yè)中補(bǔ)水量和重復(fù)利用水量均已裝水表考核。并且每月抄、報(bào)一次，所以企業(yè)的年總補(bǔ)水量和年總重用水量均有可靠數(shù)據(jù)，因此，以年度累計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算企業(yè)的年補(bǔ)水量和年重復(fù)水量，從而計(jì)算出企業(yè)水的復(fù)用率，無(wú)疑是科學(xué)的、正確的，因而成為國(guó)家考核企業(yè)的依據(jù)。這種方法的不足之處在于，企業(yè)的年排水量和耗水量沒(méi)有實(shí)際考核數(shù)據(jù)，另一方面，企業(yè)的瞬時(shí)用水情況特別是高峰、低峰季節(jié)的用水情況不清楚，具體的用水設(shè)備、設(shè)施的用水情況則更不清楚，這對(duì)供水部門的計(jì)劃供水，對(duì)企業(yè)加強(qiáng)水的科學(xué)管理，實(shí)行節(jié)水技術(shù)改造是不利的。因此，年度累計(jì)計(jì)算法不能代替瞬時(shí)測(cè)試法，二者各有所用、各有所長(zhǎng)。

6 結(jié)論

針對(duì)油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及水平衡測(cè)試在實(shí)踐中存在的問(wèn)題，在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6721—2008《油田生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡測(cè)試和計(jì)算方法》及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，建立了對(duì)油、氣田生產(chǎn)系統(tǒng)具有廣泛適用性的水平衡模型及指標(biāo)體系，為現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6721—2008及水平衡測(cè)試工作中存在的問(wèn)題提供解決方法，同時(shí)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡測(cè)試和計(jì)算方法》的制定提供一定的理論依據(jù)。研究?jī)?nèi)容將對(duì)油氣田企業(yè)水平衡測(cè)試工作規(guī)范性開展具有積極的指導(dǎo)作用，同時(shí)本文的研究成果將對(duì)油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)水管理工作起到重要的指導(dǎo)和促進(jìn)作用，提升油氣田企業(yè)水資源利用水平，為油田實(shí)現(xiàn)節(jié)水管理提供科學(xué)依據(jù)[5]。

[1]GB/T 12452—2008企業(yè)水平衡測(cè)試通則[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[2]SY/T 6721—2008油田生產(chǎn)系統(tǒng)水平衡測(cè)試和計(jì)算方法[S].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

[3]王遇東.天然氣處理原理與工藝[M].北京:中國(guó)石化出版社,2007:7.

[4]SY/T 5264—2012油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法[S].北京:石油工業(yè)出版社,2012.

[5]穆劍,馬建國(guó).油氣田節(jié)能監(jiān)測(cè)工作手冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2013:156.