臺肇地區注水系統節能措施及效果

劉瑞雪（大慶油田有限責任公司第七采油廠）

1 現狀

臺肇地區自2000年投產以來，一直沿用柱塞泵注水工藝和單泵多井注入流程[1]。受儲層物性差、層間和平面非均質性強的影響，進入中高含水階段以來，部分注水井出現了壓力高、吸水差甚至不吸水的狀況。為滿足個別井的注入需求，注配間增壓柱塞泵需要輸出較高的壓力，大幅度增加了注水系統的能耗。針對存在的問題和潛力，遵循以整個注水系統降壓節電，注配間至井口耗能節點全面治理，地面、采油和油藏的整治措施相互綜合為技術思路，重點針對高壓欠注井和單井壓力差異大的注配間應用分壓注水、變頻調速、管線清洗和改造、酸化洗井、方案優化等技術措施，強化精細管理和精準治理，開展節能降耗工作。

臺肇地區注水系統目前共有注水井278口，注水管線272.86 km，聯合站1座，水質處理站2座，注配間29座，柱塞泵96臺，日注水能力3300 m3，年耗電量444.94×104kWh。注入水經水質處理站處理后，低壓輸至注配間，再經小排量柱塞泵升壓后，高壓輸至注水井。單座注配間內通常設置1～4臺柱塞泵，并聯運行，連接多口注水井[1-2]。

2 存在的問題

2.1 柱塞泵運行壓力高，能耗較大

臺肇地區受儲層滲透率低影響，注水井注入壓力較高，普遍高于15 MPa，22 MPa以上的井占比40%以上，各個注配間柱塞泵的泵壓為22.52～22.9 MPa，較高的泵壓意味著較高的耗電量。

2.2 低壓注水井憋壓，截流耗能

臺肇地區受儲層非均質性影響，不同注水井注入壓力高低有別，即使對于同一注配間，注入壓力也相差較大。以ZH212隊的8個注配間為例，注水壓力相差幅度普遍高于3 MPa（表1）。對于單泵多井注入流程，注入壓力最高的井決定了柱塞泵的注入壓力，注入壓力相對較低的井則需要依靠閥門調節壓力，注水井憋壓，泵壓損失較大，截流造成大量電能浪費。

表1 ZH212隊注配間水井現場數據

2.3 單井爭水搶水嚴重，注水波動

對于單泵多井注入流程，泵排量一定，現場利用閥門控制水量，高壓注水井閥門幾乎全部打開，低壓井閥門輕微開啟。注入水中的機械雜質可造成低壓井閥門堵塞，管線震動易引發低壓井閥門關閉，致使多余水量流向高壓井，給設備管理帶來一定困難，平穩注水難度較大。

2.4 管線腐蝕結垢

臺肇地區部分注水管線使用年限較長，管壁結垢、腐蝕嚴重，注水壓力損失較大，增加了無效的能耗，加之部分老化的復合管，出現穿孔、滲漏、損壞等現象[3]，對注水系統效率產生負面影響。

3 節能降耗措施

臺肇地區注水系統節能降耗工作以注配間降壓節電為目標，通過單井、管線、注配間“兩點一線”開展治理工作，按照地面設備改造、降壓增注措施、地質方案優化相結合的思路，深化注水系統能耗挖潛。鑒于注水井可以按照配注完成情況分為兩類：多數的正常井，注入壓力高低有別；少數的欠注井，注入壓力接近泵壓。針對前者，注重從注配間地面設備改造入手，通過采取分壓注水、安裝變頻器、管線改造等措施，力圖將注入壓力接近的井接入統一柱塞泵；針對后者，注重利用采油工程和油藏工程的手段從單井入手，通過利用酸化解堵、化學洗井和方案優化等措施，力圖將高壓欠注井降壓。

3.1 正常注水井

3.1.1 分壓注水

分壓注水針對同一注配間注水壓力差別，按壓力區間設計雙匯管流程，合理的匹配注水壓力，將注水壓力大小接近的注水井歸為一類，劃分高、低兩個區域，采用相應泵壓的柱塞泵注水。以M801隊8#注配間為例（表2），該間共有12口注水井，2臺柱塞泵，注水壓力13～22.65 MPa，柱塞泵出口壓力均設在23 MPa。經流程改造后，將注水井劃分13～18 MPa和18～23 MPa兩個壓力系統，分別由2臺不同的柱塞泵分壓注水，柱塞泵最高壓力分別為19 MPa和23 MPa。這樣既可減輕由于壓力差距太大而造成搶水現象，又能減少泵管壓差損失，提高注水系統效率、降低能耗、減少成本。全年累計節電7.34×104kWh。

表2 M801隊注配間分壓注水前后數據對比

3.1.2 變頻調速

變頻調速裝置通過調節柱塞泵的電動機轉速[4]，使得泵的排量減小，不需要柱塞泵打回流來控制注水量。當注水系統中水井出現開關井、方案調整時，充分利用各注配間已有的變頻器，根據注配間實際注水情況及變頻調速的特性來獲取所需注水量，在滿足注水需求的同時，實現平穩供水和柱塞泵經濟運行二者兼顧。2017年臺肇地區9個注配間實現柱塞泵閉環控制，維修變頻18次，全年累計節電 18.8×104kWh。

3.1.3 空穴射流清洗管線

由于注水管線腐蝕、結垢導致壓力損失，針對周期注水井、冬關井，推廣空穴射流清洗技術，該技術利用用流體力學中的空穴效應[5]，對于注水管線內壁附著的污油、死蠟、無機垢、機械雜質和細菌及其分泌物，能夠起到很好的清理作用。2017年清洗管線長度25 715 m，在清洗器端口共計清出油垢、污泥約8 t，管線清洗后壓力損失平均減少0.5 MPa，平均流量增加20 m3/h，節電5.3×104kWh，達到注水管網節能降耗的目的；此外，管線清洗后，從端口處可見管線內壁變得整潔光滑，呈現出金屬光澤，可有效地減緩腐蝕結垢速度。

3.1.4 管線改造

針對部分老化管線結垢、腐蝕嚴重，注水生產時壓力損失大、刺漏狀況頻發等問題，2017年完成17條腐蝕老化注水管線、1條注水干線的改造，將管線材質由復合管改為無縫鋼管，改造總長度16.3 km，涉及17口注水井，對應注配間柱塞泵降壓 0.5 MPa，節電 4.2×104kWh。

3.2 高壓欠注井

針對部分欠注井注入壓力高，并導致注配間泵壓較高的情況，在采油工程方面，選取5個注配間8口欠注井開展酸化解堵施工，選取34口欠注井開展化學洗井，措施后注配間柱塞泵壓力降低1.0～2.0 MPa，累計節約電量16.3×104kWh，在降壓增注的同時兼顧了節能降耗。

對于油井壓力、產液量、含水相對較高的“三高”井組，從油藏工程角度，對連通注水井進行方案跟蹤調整，對高含水層下調水量，降低無效注水，2017年對21口井、39個注水層段進行了注水方案優化，控制無效注入水9.4×104m3，累計節約電量15.09×104kWh，在平衡注采關系的同時兼顧了節水節電。

4 結論及認識

1）個別高壓注水井導致柱塞泵泵壓高，增加了注水系統能耗。

2）以單井、注配間和管線為治理對象，采取閉環控制、分壓注水、空穴射流清洗管線、老化管線改造、酸化解堵、化學洗井、方案優化等綜合性治理措施，取得了一定的節能降耗效果，累計節電67.03×104kWh。

3）從系統工程角度來看，以降低泵壓作為節能的直接手段，面向單井、管線與注配間，綜合應用地面工程、采油工程和油藏工程的措施開展綜合性節能降耗工作，對注水系統節能降耗有一定的指導意義。