油田注水系統監測優化

修麗群（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

油田注水系統監測優化

修麗群（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

目前國內外許多油田為提高采出率，保證地層壓力，均采油注水驅替的方式補充地層能量進行開采。但是開發多年后，管網的維護和改造使注水井的配注量發生了改變，使得在管網系統供水能力富裕的情況下，注水量與需水量不相匹配。而在注水系統中的不同注水站之間相互影響，當一個區域出現注水不足或過剩的情況，很難找出影響它的直接因素，因而造成資源的浪費。為解決上述問題，以國內某油田某區塊為研究對象，對注水系統的壓力及水量進行監控，明確壓力異常原因后，指導開泵方案，降低日耗電量近1×104kWh，約6.5萬元，為油田降本增效提供有力的數據支撐和理論指導。

注水系統；壓力檢測；區塊；節能優化

1 現狀

為保證地層壓力，許多油田均采用注水開發的方式進行開采。在非均質多油層砂巖油田的開發及采收率的提高的過程中，注水開采起到了非常重要的作用[1-2]。近年來，注水工藝的高速發展有效解決了油藏的層間、層內和平面之間的矛盾，提高了注水的波及系數，有效延長了油田開采壽命，保障了油田的高產穩產。

受國際油價影響，油田的規模不斷擴大、注水井的數量不斷增加、作業施工頻繁，部分水驅井變為聚驅、三元復合驅注入井[3-7]，使得在泵站總供水充足的情況下，部分注水井實際壓力和注水量產生較大缺口，而一些注水井的實際注水量超出需求量。又由于整體系統是相互關聯的，常出現多個泵站影響一口井的情況，注水不足的井很難找到直接影響它的泵站就行調整，通常需高價購買清水進行補充，增加開采成本。并且從生產實際來看，多個泵站為一條注水干線注水、同一泵站為多條注水干線注水，這種跨區塊的、多對多的注采模式使得對某一區塊的壓力分析和水量監測成為難點。針對這些問題，對注水系統的壓力及水量監控機制提出了優化方案，可明確分析出導致某一區塊注水量變化的直接和間接因素，指導優化開泵方案，為油田降本增效提供有力的數據支撐和理論指導。

2 典型的多區塊注水系統流程

目前國內油田常見的注水單元，采出水經處理站凈化引入儲罐，由多個注水泵共同注入到注水干線上，采用“集中注水，單井或多井配水”流程，注水站采用高壓離心注水泵增壓方式集中供高壓水，由許多注水單元構成注水系統管網（圖1）。

圖1 注水站注水流程

按照層系和砂巖特點，通常將油田系統按區塊劃分，不同區塊有多條注水干線，由多個注水站進行注水。

截止2014年底，大慶油田某注水系統建成4類水質的注水站21座、注水泵83臺，注水能力39.84×104m3/d，系統運行負荷率63.1%。共有注水(入)井3959口，其中水驅注水井（基礎、一次、二次、三次加密井網）1718口，聚驅注入井1592口，三元注入井649口，建成注水干線334 km。

將注水系統中的一部分作業區進行簡化（圖2），共有5條注水干線，3個注水站。其中1#注水站負責干線1、干線2、干線3和干線4注水；2#注水站負責干線1和干線2注水；3#注水站負責干線3、干線4和干線5注水。形成多個注水站為同1條干線注水，1個注水站為多條干線注水的情況，形成“多對多”的注水管網。這樣，若干線2上位于1#注水站和2#注水站中間的井注水量增多或缺失，很難判斷是由哪個注水站引起的，不能及時解決問題，造成資源的浪費。

圖2 多區塊注水系統流程

地面系統注水量的監測以泵站出口流量為準，而注水量的開發預測，即未來給泵站的配水量以區塊為研究單元，因此實時監測的目標與計劃供水的計算目標不對等，引起計算冗亂現象，無法定量分析某一區塊的開發預測與實際注水量的匹配情況，當某一區塊出現壓力問題或配水水量不足的情況，無法第一時間發現問題的根源[8-12]。

3 區塊壓力及流量監測

為便于分析各區塊的壓力及水量的變化情況，及時找到水量丟失或增多的原因，現將圖2中的注水管網按照物理距離分成兩個區塊，在每個區塊中再細分成3份。將每個小區域的邊界與注水干線的交點取為節點，選取該節點附近的3口注水井泵壓的平均值作為該節點的壓力。每條注水干線的壓力即為所取節點的壓力均值，該區塊的壓力便是該區塊內的注水干線壓力均值。“由大化小，再由小化大”實現不同區塊的壓力監測，為合理優化開泵方案提供數據支撐和理論指導。

為對比各區塊水量分配情況，現以不同區塊的交界處設置流量計，但是貫穿于2個區塊的注水干線在交界處的流動方向無法判斷。將干線和2個區塊交界處的點記為邊界點，在其兩側各找3處距離較近的水井，取合適的泵壓，根據壓差，得到節點處的流體流動方向。根據流量計計算出流入及流出該區塊的總水量。公式如下：

式中：Q——該區塊中總流量，t/d；

Qi——邊界處各點流量，流入為正，流出為負，t/d；

P1、P2、P3、P4——邊界處管線兩端的壓力，Pa。

如圖3所示若P2大于P1該區塊中水向區塊外部流動，流量為Q1；若P3大于P4該區塊中水向區塊內部流動，流量為Q2。

圖3 區塊邊界流量示意

4 經濟效益分析

4.1 結果分析

在油田生產中，基層隊按規定每天會上報注水井的泵壓，只需從上報的數據中選出節點的壓力，工作量并不會顯著增加。通過整合現場提供的壓力及流量（表1）。在表1中可知每條注水干線的平均壓力，進而看出每個區塊的平均壓力，平均流量。可根據日常數據，及時發現波動區域，找出引起波動的原因，并調整開泵方案，避免資源的浪費。使壓油田管理系統增添區塊壓力和流量實時監測的分頁提供可能。

表1 各區塊壓力及流量

4.2 節能對比

以國內某油田區塊注水系統為例，取2016年某一天的注水站運行參數進行分析，各注水站均運行1臺泵。通過壓力檢測，找出影響壓力異常的原因，調節開泵方案，使得實際注水量和耗電量明顯減小（表2）。通過調整開泵方案，該區塊可節約電量近1×104kWh，約6.5萬元。

表2 各注水站調整前后運行參數對比

5 結論

1）通過對注水管網進行距離劃分，得到邊界節點，根據節點平均壓力得到注水干線的平均壓力，再匯總注水干線的平均壓力得到不同區塊的平均壓力，根據日常壓力走勢，當某一點出現壓力波動時，可迅速找出問題所在。

2）分區塊檢測注水量，可使理論預測所選的研究單元與實際檢測的研究單元對等。直觀地檢測不同區塊的用水量可合理調節開泵方案，提高資源利用率。

3）根據檢測所得數據合理調整開泵方案，可有效降低實際注水量和耗電量。

[1]楊勝來，魏俊之.油層物理學[M].北京：石油工業出版社，2004：20-25.

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[7]曾文.基于遺傳算法的油田注水系統生產運行優化研究[D].大慶：東北石油大學，2005.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.11.012

修麗群，2016年畢業于東北石油大學（油氣儲運工程專業），從事計量間及油水井管理工作，E-mail：996577741@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司第三采油廠三礦302隊，163000。

2017-07-14

（編輯 沙力妮）

沙漠綠島石西油田