注采輸一體化能效提升工程在勝利油田中實施

宋鑫 宋泓霖 劉杰 朱培海（中國石化勝利油田分公司）

1 項目概況

勝利油田經過50余年的開發(fā)建設，大部分主力油田進入高含水開發(fā)階段。隨著含水上升，能耗總量和強度呈逐年上升趨勢，如何降低老油田生產能耗，提高生產效益，實現(xiàn)綠色低碳開發(fā)，成為亟須解決的難題。

油田原油生產涵蓋油藏、機采、集輸、注水、電力等多個系統(tǒng)，涉及地質、工藝、注采、生產等多個部門，其能耗占分公司總能耗的90%以上。以往針對某一系統(tǒng)“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”，某個專業(yè)單一作戰(zhàn)、某項單一技術推廣的方式，已滿足不了油田節(jié)能降碳的需求。為此，于2015年提出了開展“注采結構調整實現(xiàn)節(jié)能”的理念，同時選取孤東油田四區(qū)3-4和勝坨油田二區(qū)沙二9-10兩個單元，開展注采結構一體化調整節(jié)能先導實驗[1]。針對單元存在的注采不均衡、噸油能耗差異大、機采系統(tǒng)效率低等主要矛盾，配套實施注水、采油工藝調整，達到了控水穩(wěn)油、減緩遞減的目的。實施注采優(yōu)化51井次，減少無效產液量616 t/d，縮減無效注水量480 m3/d，增油3.6 t/d。投入資金713萬元，年節(jié)能效益185.3萬元，靜態(tài)投資回收期3.8年。

在此基礎上，于2016年創(chuàng)新建立了“以聯(lián)合站為中心、油藏為龍頭”的節(jié)能理念，按照“地下優(yōu)先、井筒優(yōu)化、地面配套”的思路，在孤東油田東三聯(lián)區(qū)域實施了注采輸一體化能效提升工程。對油藏進行產液、注水結構調整，限制無效低效產液，增加有效高效產液。根據油藏需求，實施井筒舉升、地面集輸、供電系統(tǒng)配套工藝能效優(yōu)化，實現(xiàn)區(qū)域能效最大化的目標。

孤東油田東三聯(lián)區(qū)域管轄油井561口、水井284口，日產液32 945 t，含水率達97.27%；區(qū)域年耗能量為17 404.76 t標煤，區(qū)域噸油氣綜合能耗為55.6 kg標煤。

2 存在問題

2.1 區(qū)域

1）油井產出液平均含水率高達97.3%，其中含水率大于98%的液量占到60%，造成系統(tǒng)存在無效提液、無效循環(huán)、無效加熱、無效處理等問題。

2）聯(lián)合站進站液量壓力為0.43 MPa，區(qū)域內單口油井增加揚程20 m，年增加機采系統(tǒng)耗電量151.69×104kWh。

2.2 分系統(tǒng)

1）油藏系統(tǒng)。注采不均衡，高含水液量采液強度高、低含水液量采液強度低，存在低效無效提液、注水。

2）機采系統(tǒng)。部分油井系統(tǒng)效率低，有24%的油井系統(tǒng)效率低于30%。原因包括：地層能量不足，出砂導致水井欠注、油井低液；油井沉沒度大，造成泵的沖程損失增大；桿柱偏磨，能耗增加；電動機負載率低，存在負荷不足現(xiàn)象。

3）集輸系統(tǒng)。三相分離器分水效果差，存在加熱爐為高含水液量加熱現(xiàn)象。東三聯(lián)區(qū)域主要為化學驅開發(fā)，油品性質偏差，站內三相分離器破乳能力不足，原設計三相分離器原油出口含水率50%，實際出口含水率82%，從而導致了后續(xù)加熱系統(tǒng)運行負荷增加。

4）注水系統(tǒng)。因管線結垢導致壓降損失大。

3 技術路線

以油藏為龍頭，以聯(lián)合站為中心，以提高能效為目標，對油藏進行注采結構調整，在保證產油量穩(wěn)定的前提下，降低高含水液量，增加低含水液量，減少進入聯(lián)合站的處理液量，降低注入、提液和聯(lián)合站處理能耗。在此基礎上，對地面配套系統(tǒng)進行工藝、技術或設備改造，提高整個系統(tǒng)的能源利用效率。

油藏系統(tǒng)主要是通過限提并舉、堵水、調配、解堵、調流線，提高注采對應率，減少無效注水和提液，降低含水上升率。同時對油藏能量進行分析，合理確定動液面，降低注采液量能耗。

機采系統(tǒng)主要是通過運用系統(tǒng)優(yōu)化軟件，實現(xiàn)地面拖動系統(tǒng)與井下管、桿、泵系統(tǒng)抽吸參數(shù)的合理匹配。

注水系統(tǒng)主要是通過合理確定壓力等級，實施階梯泵組合，對泵機組、管網、配水間實施減少節(jié)流損失改造，達到提高注水系統(tǒng)效率、降低注水單耗的目的。

聯(lián)合站主要是通過改進分水工藝，減少無效加熱，通過對設備進行改造，提高加熱效率，降低油氣消耗。

4 節(jié)能技術

4.1 油藏調整

1)通過對注水—油藏—舉升系統(tǒng)能耗一體化優(yōu)化研究，確定油藏合理壓力保持水平、注采工藝參數(shù)等，確保能耗保持在較低水平[2]。

2）完善注采井網，對堵塞油井實施分類治理，應用高滲透濾砂管[3]，優(yōu)化防砂提液；通過防砂增注、細分注水[4]，保持注采平衡，提高水驅儲量動用程度及層段合格率。通過限液轉流線，控制無效產液量，提高非主流線區(qū)域的儲量動用，提高單井產能；同時配套水井調配，減小無效注水。

4.2 機采系統(tǒng)優(yōu)化

對油藏、井筒、地面整個系統(tǒng)進行協(xié)同模擬分析，通過優(yōu)化結果，采取地面設備配套、井下桿管優(yōu)化組合、抽汲參數(shù)調整等措施，實施舉升系統(tǒng)優(yōu)化，實現(xiàn)機采技術降電[5]。

4.3 注水系統(tǒng)優(yōu)化

平衡區(qū)域內各配水間注水負荷，降低壓力損耗。對壓力損失大、堵塞注水管線進行除垢，降低壓力損耗[6]。

4.4 油井來液高效處理

1）高頻聚結分水技術。常規(guī)三相分離器無法滿足含聚采出液的脫水要求，出口含水率82%，造成升溫破乳環(huán)節(jié)無效熱負荷比例高達90%。勝利油田攻關研制高頻聚結裝置，其原理為：調整高頻脈沖的頻率和占空比（送電時間），使脈沖輸出時間小于短路擊穿時間，既可在電極間加較高電場又可避免短路擊穿，實現(xiàn)分離器內部水滴聚結脫水。

2）油水界面自動控制技術。配套應用三相分離器油水界面自動控制技術，實現(xiàn)油水界面精準控制，降低出口含水率2%～5%。

4.5 一體化能效提升綜合評價指標體系

根據區(qū)域一體化能效提升技術特點及節(jié)能目標，形成了一套涵蓋油藏、機采、聯(lián)合站、注水及節(jié)能降碳工作的指標體系。主要指標包括噸油氣綜合能耗、含水上升率、自然遞減率、注采對應率、機采系統(tǒng)效率、噸液耗電單耗、注水系統(tǒng)效率、注水單耗、外輸含水、聯(lián)合站噸油氣處理單耗十項指標。

5 措施工作量及效果

5.1 油藏系統(tǒng)

1）油井治理。實施油井限液轉流線27口井，水井調配25口；實施油井補孔8口，層間卡堵2口；實施油井防砂解堵、改造儲層提液13口；開展常規(guī)低效井治理15口。

2）水井治理。做好注采井網完善工作，實施水井細分工作量2口，油井轉注1口；做好防砂解堵增注工作，實施防砂增注、水井防砂工作量8口；實施水井換管柱工作量14口。

通過對油藏實施產液注水結構的調整，實現(xiàn)控水增油和不調整對比，油井開井下降18口，日產液下降1 450 t，日產油增加5 t，含水率下降0.1%，水井開井增加2口，日注水量減少1 000 m3，日減少電耗5 360 kWh。

5.2 機采系統(tǒng)

運用機采系統(tǒng)能效提升優(yōu)化軟件，優(yōu)化油井324口，其中實施泵徑升級297口、上提泵掛23口、下調沖速19口。更新高效三相異步電動機（YE3系列）65臺、永磁同步電動機103臺，內部優(yōu)化調整電動機42臺。

通過實施以上措施，系統(tǒng)效率由37.1%提升到41.42%，百米噸液單耗由0.73 kWh下降到0.66 kWh。其中，324口油井實施優(yōu)化后，平均單井系統(tǒng)效率提高7.01%，輸入功率降低0.87 kW，平均泵掛上升140 m，百米噸液耗電降低0.052 kWh；油井、水井防砂，完成油藏提液增注工作量；更新電動機168臺，年節(jié)電142.4×104kWh。

5.3 集輸系統(tǒng)

應用高頻聚結裝置2套，油水分離后含水率由82%下降至30%，污水加熱負荷降低23%。配套采取實時控制、混輸降壓等措施，油井來液進站壓力由原來的0.43 MPa降為0.2 MPa，油井井口回壓降低約20 m揚程，節(jié)約用電量151.69×104k Wh/a。

5.4 注水系統(tǒng)

對油藏實施產液結構調整，對應水井日注水量減少1 050 t。對5條1 750 m注水管線進行清管除垢，注水單耗降低0.1 kWh/m3。

5.5 總體效果

孤東油田東三聯(lián)區(qū)域經過注采輸一體化能效提升改造，達到增油降水、節(jié)能提效的目的。油藏采出液含水率降低0.6個百分點，機采系統(tǒng)效率提高6.1個百分點，注水系統(tǒng)效率提升1個百分點，聯(lián)合站加熱功率下降2 030 kW，年增油1 320 t，年節(jié)電1 338×104k Wh，年節(jié)燃油230 t，折合效益1 139萬元。噸油氣綜合能耗由55.6 kg標煤降低到49.3 kg標煤，節(jié)能率達13.1%。項目投入4 153萬元，投資回收期3.64年。

2015年以來，勝利油田共實施一體化能效提升項目17項，投入資金1.2億元，累計節(jié)能1.5×104t標煤，創(chuàng)效7 701萬元，靜態(tài)投資回收期3.26年。其中：東三聯(lián)區(qū)域一體化能效提升工程榮獲國家節(jié)能“雙十佳”最佳節(jié)能實踐項目榮譽稱號；東二聯(lián)區(qū)域一體化能效提升工程獲國家節(jié)能標準化創(chuàng)建項目。一體化項目實施，助力油田遏制能耗持續(xù)上升趨勢，實現(xiàn)能耗總量和強度四連降。

6 結論與認識

以“聯(lián)合站為中心、油藏為龍頭”的注采輸一體化能效提升技術的推廣應用，實現(xiàn)了三個突破、兩個有利、一個戰(zhàn)略的目標。三個突破，即突破了潛力分析的局限性，做到了分析問題全面性；突破了專業(yè)“壁壘”，做到了多專業(yè)分工協(xié)作；突破了“木桶短板”效應，做到了全過程、一體化節(jié)能降耗。兩個有利，即有利于新技術的集中應用，發(fā)揮規(guī)模效應；有利于投入產出的科學評價，提高投資回報。一個戰(zhàn)略，即實現(xiàn)了目標同向、措施同步、難題同克的一體化節(jié)能戰(zhàn)略。該技術的推廣應用對高含水老油田節(jié)能挖潛具有一定的借鑒意義。