注水系統節能降耗措施研究與應用

張鳳 聶聰 梁世英 王海鳳 林晶

摘 要：渤南油田油藏類型多、構造復雜，導致注水系統壓力高、分布較為分散，注水單耗很高。文章介紹了近年來渤南油田在提高注水系統效率、降低能耗方面實施的重點措施，以及由此帶來的一些關于節能降耗方面的認識和思考。

關鍵詞：注水系統；節能降耗；應用分析

1 概況

河口采油廠采油302隊管轄渤南油田二區、三區、渤深六等低滲透區塊，現有注水井64口，開井41口，日注水量3000方，平均泵壓27.3兆帕，油壓23.5兆帕。有高壓注水泵站11座，配水間12座。隨著對節能要求的不斷提高，作為一個典型的高壓注水大戶，其能耗問題是不容忽視的。

注水系統主要是由電機、注水泵、注水管網、調節閥、井口以及注水井等構成。沿注水流程，用節點分析技術對注水系統進行能耗分析。

注水系統的能流模型圖

由圖可知，要降低注水能耗，必須從降低D1、D2、D3、D4入手。

2 影響注水系統能耗的因素

下面從電機、注水泵、注水管網三方面對影響注水系統能耗的因素進行分析。

2.1 電機能耗分析。注水系統電機與注水泵不匹配，造成“大馬拉小車”現象，使功率因數降低，電機效率降低，致使無功損耗增大。

2.2 注水泵能耗分析。注水泵主要是柱塞泵。柱塞泵損失是由泄漏損失、充填損失、機械摩擦及粘性摩擦引起。另外，由于柱塞泵無法調節水量，而實際生產中注水量又時有波動，這樣就造成排量與實際注水量不能合理匹配，為按實際需求注水，只能將部分高壓水打回流，從而造成能量損失。

2.3 注水管網能耗分析。注水管網主要由管線、閥門、彎頭及三通等組件組成。影響注水管網能耗的因素分析如下：（1）泵管壓差損失。泵站泵管壓差大一方面是因為實際注水量遠小于額定排量。另外系統電壓不穩定，為避免電機超負荷運行，操作人員只好控制泵出口閥，使泵在小排量、高揚程工況下運行，使泵管壓差偏大。（2）注水干線沿程管損和單井管線管損。由于管線管損受管線內徑、內表面粗糙度和流體粘度影響很大，造成注水管線管損普遍較高。（3）配水間配水節流損失。因注水井注水壓力差別大，為控制注水量在配注范圍內，低壓注水井的高壓來水剩余壓力被配水間閥門節流掉了。（4）閥門、彎頭、三通等局部損失。

3 存在問題及能耗節點潛力分析

3.1 注水系統節能降耗面臨的主要問題。（1）注水系統設備老化。我隊除31號泵站外，均于建隊初期投入使用。注水系統設備投用時間長，泵設備老化嚴重，維修頻率高，泵效低，能耗高，對注水系統效率的提高影響較大；管網結垢、腐蝕穿孔嚴重，壓力損失大造成系統效率低。（2）注水井壓力差異大。同一注水管網的注水井壓力差異大，注水量波動大，且無法通過管網進行調配，只能按最大注水壓力運行，注水壓力低的井通過閥門節流。因此，注水壓力越低的井損失的能量越多，從而降低了整個注水系統的效率。（3）注水管網效率低。一是注水管網建設早，滿足不了注水量增長的需要；二是部分管網隨著注水開發方案的調整出現布局不合理，一部分干線注水負荷增大，而另一部分干線則注水負荷減少；三是注水水源為油田采出污水，水質處理不合格造成管網腐蝕結垢嚴重，管線穿孔爆裂情況時有出現。

3.2 注水系統能耗潛力分析。（1）推廣應用注水泵新技術，提高注水泵機組效率。對于投用年限長、泵效低、大修頻繁的泵，計劃逐步分批次進行更換，提高泵運行效率，達到節能降耗的目的。（2）推廣分壓注水、增壓注水技術，提高注水系統效率。針對注水井壓力差異大的情況，遵循整體降壓、分區分壓、局部增壓、合理搭配注水工藝技術的原則，對注水壓力進行分析，對中低壓井采取整體降壓，高壓井采取局部增壓和分區分壓的注水工藝，進一步提高注水系統效率，降低注水能耗。

4 注水系統節能降耗的技術措施

注水系統能耗巨大，隨著注水需求的不斷增長，注水能耗還將進一步上升。對此進行了大量技術研究與改造，使平均注水效率得到了提高。

4.1 降低電機損失。做到合理配置電機，主要從以下三方面入手：第一，選擇節能型高效電機；第二，針對生產中存在的各種腐蝕現象，選用封閉式電機。第三，功率與負荷合理匹配，避免大馬拉小車，造成無功功率損失。

4.2 注水泵節能改造技術。在注水系統中，因泵效低而造成的能量損失最多，因此，注水泵節能是降低注水系統能耗的關鍵。由于注水泵性能與系統負荷不匹配造成能量浪費較大，系統效率偏低，主要表現在：①注水泵排量與注水井配注量不匹配；②部分低效泵能耗高。對此，應做到注水泵型合理匹配，以提高運行效率。注水系統中導致泵運行效率低的主要原因：一是泵的額定工況與注水工藝參數不匹配而被迫選用大排量泵，然后又用閥門節流；二是所需排量介于一臺泵和兩臺泵之間，導致并聯的兩臺泵各自運行在小流量低效區。據此進行注水泵型匹配組合研究，采用大小泵合理搭配，盡可能減少回流，使泵排量與實際注水量匹配相當，保持在高效區運行，達到節能的目的。

4.3 注水壓力系統及管網優化技術。要提高管網效率，需要進行壓力系統及管網優化調整，主要技術包括：（1）合理布站優化系統管網流程。注水站盡量布置在注水管轄區的中心位置，注水半徑不易過長，要將注水泵到注水井口的壓力損失控制在1MPa之內。對于邊遠區塊，可采用低壓長距離供水，小站高壓短流程注水，減少因高壓管線過長而造成的管網沿程阻力損耗。（2）降低管網摩阻損失。主要采取的措施有：a.合理選擇注水管管徑。b.降低管道內壁粗糙度，減少由于粗糙而引起的管網磨損與能量損失。c.嚴格控制注入水水質。d.減少局部阻力損失。盡可能在管網中少置三通、變徑、彎頭、閥件等部件。e.在滿足注水量和注水壓力的前提下，盡可能減少管線長度。（3）分區分壓注水技術。針對注水壓力分布散、高壓井比例大的情況，分區分壓注水工藝技術是提高其管網效率的最主要措施。

5 結束語

隨著油田注水需求的不斷增長，注水能耗也將急劇增長。因此，降低注水能耗增長速度、研究節能降耗措施成為當前降低生產成本的主要方面。只有通過對影響注水系統能耗因素及注水系統節能降耗面臨的主要問題潛力點進行深入分析，從實際出發提出注水系統節能降耗的技術措施，對注水系統節能技術發展趨勢及重點攻關方向有成熟的思路和方法，才能保證注水系統節能降耗工作有一個長遠的發展前景。

參考文獻

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