油田注水系統降低能耗對策研究

王吉福 畢晶晶 陳新偉 卓世虎 姜軍（中國石油塔里木油田分公司）

油田注水系統降低能耗對策研究

王吉福 畢晶晶 陳新偉 卓世虎 姜軍（中國石油塔里木油田分公司）

某油田注水站注水泵管泵壓差4.5 MPa，注水泵單耗14.84 kWh/m3，標耗1.14 kWh/（m3·MPa），注水系統效率僅23.07%，注水能耗及效率都遠小于國內平均水平。通過計算該油田注水系統能耗，分析注水高能耗原因，提出了注水泵變頻改造、更換小排量注水泵、優化注水管網等對策。實施這些措施可使注水能耗降低約24.56%，注水系統效率增加約30.56%，為油田降低注水系統機泵運行能耗和提高注水系統效率提供了借鑒。

油田注水單耗標耗注水效率能耗對策

1 注水系統概況

1.1污水處理現狀

聯合站日接收污水約4200 m3，現共有兩套污水處理裝置，單套污水處理量約2800 m3/d，目前運行兩套污水處理裝置，處理量4200 m3/d（圖1）。

圖1 聯合站污水來源示意圖

聯合站注水系統有離心式注水泵5臺，功率1250 kW，揚程為2160 m，其中1臺排量100 m3/h，另外4臺排量120 m3/h。單臺注水泵供水能力2400～2750 m3/d。目前聯合站兩臺注水泵工頻運行，出口壓力為23 MPa，單臺注水泵實際注水量約1900 m3/d。

1.2注水現狀

注水系統有兩條注水干線，實際運行壓力18.5 MPa。1#干線負責7口注水井和3口污水回灌井，注水和回灌量約2300 m3/d，2#干線負責3口注水井和2口污水回灌井，注水和回灌量約1500 m3/d。地質注水井配注量1000 m3/d，實際注水約800 m3/d，污水回灌井合計回灌量約3000 m3/d。

部分注水井和回灌井參數見表1。

2 注水系統能耗計算

1）注水泵輸入、輸出功率計算：

輸入功率按以下公式計算：

N1=W/H

式中：N1為單臺注水泵輸入功率，kW；W為注水泵用電量，kWh；H為泵的運行時間，h。

輸出功率按以下公式計算：

N2=（P1-P2）G/3.6

式中：N2為單臺注水泵的輸出功率，kW；P1為注水泵出口壓力，MPa；P2為注水泵進口壓力，MPa；G為注水泵的流量，m3/h。

注水泵機組平均效率[1]=（∑N2/∑N1）×100%

2）注水系統單耗和標耗計算：

平均井口油壓=∑（單井井口油壓×單井注水量）/∑單井注水量

注水系統單耗[1]=注水系統總耗電量/總注水量

注水系統標耗[1]=注水系統單耗/平均井口油壓

3）注水系統效率計算：

注水系統效率[1]=[（平均井口油壓×∑單井注水量-注水泵進口平均壓力×∑單個注水泵進口流量）/（3.6×∑單個注水泵電動機輸入功率）]× 100%

3 注水系統高能耗原因分析

經計算，注水系統平均注水泵效43.6%，注水單耗14.84 kWh/m3，注水標耗1.14 kWh/（m3·MPa），注水系統效率23.07%。

表1 部分注水井和回灌井運行參數

分析注水系統高能耗原因如下：

1）聯合站注水泵額定功率1250 kW、額定排量120 m3/h，工頻運行。聯合站日處理污水約4200 m3，注水井日配注量1000 m3。因此，如果啟運1臺注水泵則無法滿足全部污水回注或回灌要求；如果啟運2臺注水泵則出現注水泵給水量不足，需要頻繁啟停1臺注水泵現象，注水泵運行工況與現實要求不匹配。

2）由于不同時期油田開發配注量的調整以及洗井等原因，使油層注入壓力和注入量處于變化中。為了適應注水量變化的需求，一般通過人工調整注水泵運行數量和調節注水泵出口閥門開度來控制流量，注水泵出口壓力為23 MPa，而干線壓力為18.5 MPa，因此注水泵機組在嚴重節流狀態下運行，使得注水泵運行偏離了高效區，且閥門處于節流狀態加快了閥門的沖蝕。根據注水系統單耗計算公式，當注水泵的排出量減少，而耗電量不變的情況下，必然造成能耗的升高。

3）注水井和回灌井共用注水管網，井口注水壓力差別大。油田開發初期產水量小，沒有污水回灌情況。隨著油田開發程度的不斷深入，綜合含水率上升，產水量遠大于注水需求，為了保護環境需消耗多余的污水，因而增加污水回灌井。由于塔中四油田地處偏遠，為降低成本，將污水回灌管網直接串接在注水管網上，使得注水井和回灌井共用一套注水管網。注水井井口注水壓力高，回灌井井口回灌壓力低，注水與回灌壓差約8 MPa，綜合計算注水系統平均注水油壓低。根據注水系統標耗和效率計算公式，當注水系統井口平均油壓降低時，注水系統標耗升高、效率下降。

4 降低注水能耗對策

通過原因分析可知，要降低注水系統能耗，主要應從以下三方面入手：注水泵要適應目前的運行工況；減少管泵壓差；提高平均井口注水壓力，保證注水系統平穩運行。

4.1注水泵變頻改造

為了適應目前的運行工況，改變啟運2臺注水泵工頻運行不節能的局面，考慮對注水泵進行變頻改造。變頻器是通過參數調節改變頻率，從而改變泵的轉速來控制泵排量，離心泵的轉速改變帶來的功率消耗是原轉速情況下的立方比關系，所以可以降低大量能量消耗。聯合站5臺注水泵，選擇其中2臺泵實施變頻改造，根據注水量需求組合變頻泵與工頻泵啟運數量，可滿足不同注水工況下的注水量要求，降低了能耗。

4.2更換小排量注水泵

目前油田注水量約4000 m3/d（170 m3/h），預測未來5～10年內不會有大的變化，因此，更換2臺注水泵（額定排量為60 m3/h）可滿足正常注水需求，避免因閥門節流而增大注水泵管壓差。

4.3優化注水管網

塔中油田已建立了完整的注水井洗井水回收管網，所有注水井、回灌井均有洗井流程將洗井水全部回收到聯合站污水蒸發池。經過工藝流程改造，利用洗井管網低壓輸水至污水回灌井井口，再通過井口增壓進行污水回灌，實現注水和回灌分離，同時滿足注水井洗井需求。

塔中油田注水井井口平均油壓17.2 MPa，回灌井井口平均油壓9.3 MPa，整個注水系統平均井口注水壓力12.03 MPa。因此，如果將注水井與回灌井分開注水，則注水系統平均井口壓力將增大約5.17 MPa。根據能耗計算公式可計算得出注水標耗將降至0.86 kWh/（m3·MPa），注水系統效率將增加到30.12%。與目前現狀相比，注水能耗減少約24.56%，注水系統效率增加約30.56%。

[1]徐秀芬,梁士軍,王學文,等.SY/T5264—2012油田生產系統能耗測試和計算方法.北京:石油工業出版社, 2013.

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.012.005

2014-08-12）

王吉福，2011年畢業于中國石油大學（華東），主要從事油田注水管理工作，E-mail：iamuping@163.com，地址：新疆庫爾勒塔指小區塔中勘探開發項目經理部塔中作業區，841000。