油田注水系統優化運行方法

潘永偉（大慶油田有限責任公司第九采油廠）

1 注水系統狀況

1.1 區域供過于求的矛盾較為突出

注水系統按照供水對象不同，劃分為普通、深度及三采共3套注水管網，其中普通網上游主要承接三采產液脫后普通污水，下游主要向基礎井網、一次加密井網以及后續水驅井網供水。近幾年，隨著三采開發規模的不斷擴大，地層壓力逐漸升高，使三采產液量不斷升高，注入水量逐漸減少，最終導致上游水源過剩，下游注入困難，系統供過于求，管網壓力升高的問題[1]。與2015年初對比，普通網注水量由47 523 m3下降至35 877 m3，管網壓力從14.94 MPa上升至15.98 MPa，系統供過于求的問題較為突出（表1）。

表1 某油田普通注水系統主要參數變化情況

1.2 注水井水量變化幅度較大

某油田生產注水井6016口，受鉆關、管道維修、冬季保管道等因素影響，注水量季節性波動明顯，冬季最大注水量為21.3×104m3/d，夏季最小注水量為19.2×104m3/d，差幅達2.1×104m3/d。由于注水泵無變頻等連續調速技術，只能采取大、小泵啟停泵的方式實現水量的階梯式調節，難以保障供需能力連續匹配，導致部分階段系統管壓及單耗顯著升高[2]（表2）。

表2 2017年某油田注水系統注水量變化情況

1.3 部分注水泵單耗長期超標

某油田共建設注水泵機組64臺，部分注水泵單耗超指標范圍，主要原因有以下三個方面：

1）泵水能力與管網壓力不匹配造成單耗超標。隨著管網壓力逐漸升高，注水泵泵水阻力相應加大，部分機組泵水能力與管網壓力不匹配導致單耗超標。其中，某1注水站2#注水泵投產于2015年，型號為D300-150×11。從表3可以看出，該泵在管壓小于15.8 MPa時，泵水單耗可控制6.0 kWh/m3以內，但隨著管網壓力升高，機組泵水能力與管網壓力不匹配，導致單耗超標。

表3 某1注水站2#注水泵單耗與管壓關系變化情況

2）注水泵機組老化低效造成泵水單耗超標。注水泵長期運行，其轉動部分、傳動部分、電動機部分以及潤滑、冷卻等系統均可受腐蝕老化影響造成設備運轉不良，泵效降低，單耗升高。其中，某2注水站1#注水泵投產于2001年，型號為D400-150×10。該泵設計日供水能力9600 m3，實際供水能力6646 m3，最大運行電流僅172 A（同規格其他泵在200 A以上），泵水單耗6.15 kWh/m3（指標要求小于5.8 kWh/m3），運行泵效73.64%（指標要求大于78%），機泵單耗高、泵效低、泵水能力差，無法滿足生產需求[3]（表4）。

表4 某2注水站1#注水泵生產參數變化情況

3）注水泵自身高耗低效造成單耗超標。部分注水泵由于機泵安裝、調試、電動機匹配以及其他自身因素影響，使泵水單耗長期處于超標狀態，該類泵在不同管壓下泵水單耗長期超標，其數值不隨管壓變化而變化。其中，某3注水站4#注水泵投產于2012年，型號為D200-150×11。從表5可以看出，該泵在不同管壓下單耗持續超標，且無明顯變化趨勢。

表5 某3注水站4#注水泵單耗與管壓關系變化情況

2 思路及措施

2.1 優化運行思路

針對上述問題，圍繞“增加用水需求，引入高壓變頻，治理高耗設備”的方法開展系統優化，從源頭上控制管壓，過程中優化運行，節點上控制單耗。

2.2 優化調整措施

2.2.1 優化供注關系，增強井網聯通

按照開發安排，2017年6月A區西部全面進入后續水驅階段，為緩解普通注水系統供過于求的問題，將上述后續水驅注入站高壓來水管道與普通管網做開放式連通，增加普通系統注水需求，緩解供需矛盾。

通過優化供水關系，系統泵壓下降0.47 MPa，管壓下降0.46 MPa，系統泵水能力提升1748 m3/d，泵水單耗下降0.1 kWh/m3，供需問題得到緩解，日降低注水用電1.24×104kWh（表6）。

表6 某油田普通注水系統管網調整前后參數變化情況

2.2.2 實施高壓變頻，增強調節能力

針對注水井水量變化幅度較大，機泵調節能力差的問題，引進高壓注水泵變頻調速技術，利用變頻調速技術，根據下游注水量的變化實時調整機泵排量，滿足系統的供需平衡。措施后管網壓力下降1.0 MPa，泵水單耗下降0.33 kWh/m3，系統穩定性得到增加，日降低注水用電1.38×104kWh（表7）。

表7 高壓注水泵變頻調速技術對比情況

2.2.3 治理高耗設備，降低注水能耗

針對注水泵泵水單耗超標的機組，開展以下治理工作，在滿足生產需求基礎上，降低生產能耗。

1）實施注水泵減級。將某1注水站2#注水泵由D300-150×11減級至D300-150×10，改造后泵水單耗將減少0.24 kWh/m3。按照現排量計算，日節電0.35×104kWh[4]。

2）更新高耗注水泵。鑒于某2注水站1#注水泵低效、高耗問題，將該泵機組整體更新，更新后設備泵水單耗下降0.15 kWh/m3。按照泵水量9600 m3/d計算，日節電0.14×104kWh。

3）實施注水電動機改造。對某3注水站4#注水泵實施電動機改造，改進電動機繞組線圈連接方式，使其適用于特定負載和工況，提升注水泵與電動機匹配性能，提高機組整體效率[5]。電動機優化后，泵水單耗下降0.4 kWh/m3。按照泵水量4800 m3/d計算，調整后日可節電0.19×104kWh。

通過以上三方面工作，注水系統穩定性得到增強，日注水耗電下降3.3×104kWh。按照工業電費0.638 1元/kWh計算，年可節約運行費用768萬元。

3 結論

1）隨著油田進入高含水開發后期，注水系統開井數及注水量持續下降，加之注水站缺少逐級、連續調節能力，導致注水泵泵壓、管壓及注水單耗顯著上升。

2）為緩解系統供過于求，管網壓力升高的矛盾，增加井網連通性，促進全局供需平衡；引入高壓變頻調速技術，使注水泵排量與注水需求實現連動；加強高單耗注水泵治理力度，控制注水單耗維持較低水平，保障系統低耗高效運行。

[1]王中專.杏北油田三次采油注水系統優化措施分析[J].石油規劃設計，2016，27（04）：44-47.

[2]王鋒.杏北油田注水系統優化調整措施與潛力分析[J].油氣田地面工程，2013，32（09）：36-37.

[3]張濤.注水泵的優化[J].石油石化節能，2016，6（1）：18-19.

[4]胡志偉.杏北油田注水系統降壓運行方案與效果分析[J].石油石化節能，2015，5（3）：39-40.

[5]張炳義，鄭軍銘，馮桂宏，等.大型異同步電動機再制造成自起動永磁同步電機技術研究[J].節能技術，2017，35（4）：344-348.