油田注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)計算方法探討

梁晶 馬明桃

（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國石油大學(xué)（華東））

油田注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)計算方法探討

梁晶1馬明桃2

（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國石油大學(xué)（華東））

反映油田注水系統(tǒng)的能耗指標(biāo)有很多，但在評價不同的注水系統(tǒng)時又沒有一個單一的指標(biāo)可以直接進(jìn)行比較。通過分析現(xiàn)有常用指標(biāo)的適用性及原理，指出了這些指標(biāo)在應(yīng)用中存在的問題，同時分析注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)的影響因素，并研究如何消除這些因素引起的指標(biāo)值的不可比，最終找到一個能夠以數(shù)值大小直接反映不同注水系統(tǒng)之間能耗水平的指標(biāo)。

注水系統(tǒng)；能耗指標(biāo)；單位壓力注水量電耗

1 注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)現(xiàn)狀

分析注水系統(tǒng)能耗狀況的指標(biāo)有很多，比較常用的包括注水系統(tǒng)效率、單位注水量電耗、單位壓力注水量電耗等，這些指標(biāo)各有特點(diǎn)，但在應(yīng)用上都存在一定的問題，就是不同條件下的指標(biāo)數(shù)值往往不能直接對比出好壞，或者指標(biāo)本身可比，況且指標(biāo)計算難度大，應(yīng)用困難，評價不準(zhǔn)確。

注水系統(tǒng)效率[1]是一個綜合考慮注水泵效率、電動機(jī)效率和管網(wǎng)效率[2]的指標(biāo)，其表達(dá)式為

式中：η——注水系統(tǒng)效率，%；

可以看出，要想計算出注水系統(tǒng)的整體效率，必須首先檢測泵效率、電動機(jī)效率和管網(wǎng)效率，而這些數(shù)據(jù)往往難以大批量一次性測得。對于油田，每年采取抽測的辦法對泵進(jìn)行效率檢測。從數(shù)據(jù)上來看，泵效數(shù)據(jù)的波動范圍很大，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差，很大一部分原因是與檢測時的各種環(huán)境條件及設(shè)備條件有關(guān)。因此，很難及時獲取準(zhǔn)確全面的注水系統(tǒng)效率指標(biāo)數(shù)據(jù)，且管網(wǎng)效率數(shù)據(jù)更是無法準(zhǔn)確測量，難以獲取大量、準(zhǔn)確的指標(biāo)數(shù)據(jù)，最終導(dǎo)致了指標(biāo)的不可用。

單位注水量電耗是油田注水生產(chǎn)用電量與注水量的比值[3]，其表達(dá)式為

式中：Dzs——單位注水量電耗，kWh/m3；

Pzs——油田注水用電量，kWh；

Gzs——油田注水量，m3。

從計算式中可以看出，計算指標(biāo)所需要的注水量、耗電量都是油田常規(guī)的生產(chǎn)或能耗采集數(shù)據(jù)，比較容易取得；因此，指標(biāo)在一定程度上解決了系統(tǒng)效率指標(biāo)應(yīng)用中存在的問題，但指標(biāo)本身的數(shù)值大小并不可比。例如，不同的壓力系統(tǒng)，指標(biāo)數(shù)值必然不同，壓力等級高、注水量大的注水系統(tǒng)，指標(biāo)值也會比較高，不能單一依靠指標(biāo)值的大小評價注水系統(tǒng)能耗水平的高低。

單位壓力注水量電耗指標(biāo)，是在單位注水量電耗指標(biāo)中，加入了對注水壓力的考慮，消除了不同壓力等級注水系統(tǒng)對指標(biāo)值的影響，其表達(dá)式為

式中：Dyzs——單位壓力注水量電耗，kWh/(m3·MPa)；

Pz——油田注水壓力，MPa。

但由于指標(biāo)中的油田注水壓力用的是注水站泵出口壓力核算，因此，指標(biāo)的數(shù)值大小仍然不能直接作為評價注水系統(tǒng)能耗水平的依據(jù)。這里舉一個簡單假設(shè)的例子：對于兩套注水系統(tǒng)，注水站泵出口壓力均為15 MPa，由于管理方式及管網(wǎng)的實(shí)際情況不同，第一套注水系統(tǒng)的沿程損失為2 MPa，即實(shí)際有效的注入壓力為13 MPa，而第二套注水系統(tǒng)的沿程損失為4 MPa，即實(shí)際有效的注入壓力為11 MPa（圖1）。

圖1 兩套注水系統(tǒng)示意圖

假設(shè)其他所有條件兩套注水系統(tǒng)均相同，顯然，第一套注水系統(tǒng)的能量損失更小，有效注入能量[4]更多，那么它的能耗指標(biāo)值理應(yīng)好于第二套注水系統(tǒng)；然而應(yīng)用單位壓力注水量電耗指標(biāo)得出的結(jié)論卻不盡然。在這兩種情況下，由于注水站泵出口壓力均是15 MPa，得出單位壓力注水量電耗指標(biāo)是一致的，因此，不能評價哪套系統(tǒng)能耗水平更好。

通過以上研究，出現(xiàn)以上指標(biāo)不可比的問題的根本在于，指標(biāo)本身考慮的影響因素中，未考慮一些必然會影響指標(biāo)變動的因素，這些因素直接或間接導(dǎo)致了指標(biāo)的不可比。比如，注水單耗指標(biāo)考慮了注水量卻沒有考慮注水壓力，單位壓力注水量電耗指標(biāo)雖然考慮了注水壓力，但考慮的并不是有效注入壓力。

因此，想找到一個可以直接反映注水系統(tǒng)能耗水平，并且其值的大小可以直接進(jìn)行比較的指標(biāo)，需要首先考慮影響注水系統(tǒng)能耗的因素都有哪些，是否有可能將所有的影響因素歸集到指標(biāo)中反映出來，從而消除這些因素的影響。

2 影響注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)的主觀和客觀因素

在《油田注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)及其影響因素分析》[5]一文中總結(jié)了注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)的影響因素，在此基礎(chǔ)上，對影響因素進(jìn)行了進(jìn)一步的完善，得出注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)影響因素[6]（圖2）。

在這些影響因素中，并不是每一個因素都要全面考慮其對能耗指標(biāo)的影響，需要考慮的是那些很難人為改變的又直接能夠影響指標(biāo)大小的因素。據(jù)此，可以將影響因素分為主觀和客觀因素。

1）主觀因素：人為可以改變，并隨著技術(shù)及管理水平的改變而改變的因素。這類因素會對研究能耗指標(biāo)的高低大小產(chǎn)生影響，但通過人為控制或技術(shù)提升，可以降低影響程度。比如注水系統(tǒng)的注水泵機(jī)組效率，效率越高，自然各能耗指標(biāo)值會降低；然而泵機(jī)組效率是可以通過換泵、調(diào)泵、優(yōu)化等措施進(jìn)行干預(yù)。因此，泵機(jī)組效率并不是一個根本的影響因素，而且由于泵機(jī)組效率可能是眾多影響因素中的一個，也并不能就此判斷注水系統(tǒng)的能耗指標(biāo)高低。主觀因素的意義是在進(jìn)行評價后，為了分析原因從而對評價對象進(jìn)行改進(jìn)所需要深入研究的因素。例如，當(dāng)注水系統(tǒng)的能耗指標(biāo)被評價認(rèn)為過低時，可以從泵機(jī)組效率、管網(wǎng)效率等方面入手考慮，通過對這些因素的分析找出造成指標(biāo)過低的原因，從而進(jìn)行改進(jìn)。

2）客觀因素：現(xiàn)實(shí)存在的，很難通過人為努力而改變的因素，這些因素的不同直接導(dǎo)致指標(biāo)數(shù)據(jù)的不可比。比如注水壓力，要滿足地層需求，必須提供足夠的注水壓力，而不同的注水壓力又勢必引起能耗指標(biāo)的變化；因此，注水壓力不同的兩套系統(tǒng)的能耗指標(biāo)不可直接對比。客觀因素的意義在于為了在執(zhí)行評價時消除或者平衡不可比因素，盡量保證被評價的對象處在同一可比的水平。

根據(jù)上述思路，得出注水系統(tǒng)的主、客觀因素分別包括：設(shè)備因素和管網(wǎng)運(yùn)行因素，即注水泵運(yùn)行效率、電動機(jī)運(yùn)行效率、管網(wǎng)運(yùn)行效率、注水管網(wǎng)工藝等；管網(wǎng)因素（高程變化），地層因素（注水壓力、注水量）。

3 單位壓力注水量電耗的計算方法

由以上分析可知，需要在指標(biāo)中消除注水壓力及注水量兩個因素的影響，且注水壓力為實(shí)際有效的注入壓力，因此，引出了井口平均注水壓力的概念。

圖2 影響注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)的因素

井口平均注水壓力，是對整個注水系統(tǒng)中各單井的壓力和注水量綜合考慮的因素，采用加權(quán)平均的計算方法，將兩個因素的影響綜合考慮。計算井口平均注水壓力公式為

在單位注水量電耗的基礎(chǔ)上，應(yīng)用井口平均注水壓力進(jìn)一步核算每單位壓力的注水量電耗，得到的指標(biāo)計算式為

這個單位壓力注水量電耗的指標(biāo)值，既可解決之前指標(biāo)不可比的問題，又可很好地反映出注水系統(tǒng)實(shí)際的能耗水平。有效注入能量大的注水系統(tǒng)，其指標(biāo)值必然小于有效注入能量小的注水系統(tǒng)。

對于平原地區(qū)，或高程起伏變化不大的地區(qū)，應(yīng)用井口平均注水壓力核算的單位壓力注水量電耗可以很好地適用。即使高程起伏變化較大，也可以計算一個附加能耗，對指標(biāo)進(jìn)行簡單的修正即可使不同高程條件下的注水系統(tǒng)能耗水平變的可比。

4 結(jié)論

通過以上分析可得，應(yīng)用井口平均注水壓力核算的單位壓力注水量電耗指標(biāo)能夠很好地反映注水系統(tǒng)能耗水平，同時不同注水系統(tǒng)的該指標(biāo)值可以直接進(jìn)行對比（高程不同需另外考慮進(jìn)行修正），相比用泵出口壓力核算的指標(biāo)更合理。建議標(biāo)準(zhǔn)中考慮對單位壓力注水量電耗指標(biāo)的計算方法進(jìn)行修改。

[1]梁光川，鄭云萍，彭自學(xué)，等.油田地面注水系統(tǒng)效率分析[J].西南石油學(xué)院學(xué)報，2001，23（2）：62-65.

[2]中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司.低滲透油田注水系統(tǒng)能耗分析指標(biāo)與測試計算方法：Q/SYCQ 3403—2010[S].西安，2010.

[3]石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.石油企業(yè)耗能用水統(tǒng)計指標(biāo)與計算方法：SY/T 6722—2016[S].北京：石油工業(yè)出版社，2016.

[4]劉雨薇，楊凱.注水系統(tǒng)能耗計算分析[J].遼寧化工，2016（7）：900-902.

[5]梁晶，毛建國，呂亳龍.油田注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)及其影響因素分析[J].石油石化節(jié)能，2016，6（3）：37-39.

[6]徐仲其.注水系統(tǒng)效率影響因素分析與對策[J].江漢石油職工大學(xué)學(xué)報，2012，25（2）：20-22.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.04.006

2016-12-19

（編輯 李發(fā)榮）

梁晶，工程師，2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）（油氣儲運(yùn)工程專業(yè)），從事油田節(jié)能降耗方面的研究工作，E-mail:jing.liang@petrochina.com.cn，地址：北京市海淀區(qū)志新西路3號中國石油規(guī)劃總院，100083。