高含水油田注水系統節能改造對策及分析

高蕊 霍夙彥（中國石油大港油田分公司采油工藝研究院）

1 注水系統現狀

羊三木油田所轄注水井64 口，建有注水站1座，注水系統設計壓力等級16 MPa，運行壓力為11.5 MPa，日注水量7 600 m3。

1.1 注水管網

羊三木油田注水系統建有注水干線4 條（圖1）。其中，羊2#、5#注水干線給羊一區塊供水，單井平均油壓6.7 MPa，日注水量為4 100 m3；羊1#、4#注水干線給羊三區塊供水，單井平均油壓6.1 MPa，日注水量為3 500 m3。羊三木油田注水管道情況見表1。

圖1 羊三木油田注水管道分布示意圖

1.2 注水站

羊注水站建有高壓柱塞泵8臺，其中1#～4#柱塞泵供給2#、5#注水干線，3運1備；5#～8#柱塞泵供給1#、4#注水干線，3 運1 備。機泵平均進口壓力為0.43 MPa，出口壓力為11.5 MPa，注水泵機組平均效率為71.07%。注水泵情況見表2。

表1 羊三木油田注水管道情況

1.3 攜排砂井生產情況

油田有2口攜排砂井，動力液需水量160 m3/d，平均壓力10.5 MPa，均引用注水系統水源作為供給水源。攜排砂井生產情況見表3。

1.4 注水系統能耗

羊三木油田日注水量為7 600 m3，注水標耗為0.64 kWh/(m3·MPa)，注水系統效率為43.62%，均遠低于油田平均值，節能潛力較大。

2 存在問題

1）注水系統效率低，單井注水壓力差異大。經計算，羊三木油田注水泵機組效率為71.07%，注水系統效率僅為43.62%，遠低于油田平均值，注水系統效率低；注水標耗為0.60 kWh/(m3·MPa)，高于平均水平15%。目前注水系統僅有4 口注水井，因地層原因需高壓注水，占總井數的6.25%，注水系統壓力就高不就低，整體偏高，能量損失大。

表2 注水泵情況

表3 攜排砂井生產情況

2）攜排砂動力液壓力需求高，要求壓力不低于10.5 MPa。攜排砂井動力液由注水管網供水，為滿足舉升工藝壓力需求，導致注水系統壓力高。

3）管道結垢造成壓損大。經統計，該油田供注水管道存在結垢、壓損高的有9 條，累計5.2 km。其中，供注水干線3 條，長度4.2 km，最高管損達2.8 MPa；單井注水管道6 條，共計1.0 km，平均管道壓損達1.5 MPa，注水管網效率低。

管道內壁結垢，管道壓損增大。為滿足開發需求，只能提高注水泵站運行壓力或實施局部地面增壓增注，注水系統能耗攀升。

3 節能技術

3.1 高低壓系統分離工藝

1）由于油田或區塊的不同，油層吸水能力的不同，造成注水壓力差別較大，對大部分中低壓井采取整體降壓，對少數高壓井采取局部增壓和分區分壓的注水工藝，優選注水泵的參數，使其額定排量、揚程與水井實際注水量、壓力相匹配，降低節流壓力損失。通過整體降壓、分區分壓、局部增壓等措施，提高管網效率[1-2]。

2）自2011 年，第三采油廠先后在官三注、小六注、官六注、自一注、自六注5 座注水站實施“高低壓分離”改造（圖2），日節電8 477 kWh。以自一注為例，對自一注23 MPa 注水系統實施“高低壓分離”改造，分為22 MPa 和14 MPa 2 個壓力系統。實施后，自一注注水單耗由7.4 kWh/m3降至5.2 kWh/m3，實現日節電2 600 kWh，年節電62.4×104kWh。

圖2 自一注“高低壓分離”改造示意圖

3.2 注水系統管道除垢工藝

1）油田注水管道內壁腐蝕與結垢現象普遍存在，造成注水系統管道結垢嚴重，管道壓損大，系統效率低，影響注水井配注，產生二次污染，并出現超壓隱患問題[3-4]。

氣脈沖法管道物理除垢技術，對管道進行物理清洗，將壓縮氣體和水送入脈沖震蕩發生器，在振腔中產生共振后，水氣流通過出口，以脈沖方式噴入充滿流水的管道中；隨著壓縮氣體的急速膨脹和氣泡的爆裂，管道中的水流突然加速，猛烈地沖刷管束內壁，在強勁剪切力的作用下，油泥及垢層疲勞、松動、脫落，并隨水流走[5-6]。

2）2015年12月，第五采油廠X1注6#注水干線應用氣脈沖法管道物理除垢技術進行清洗。清洗后管道壓損由1.14 MPa降低到0.34 MPa，有效解決了管道結垢對回注水產生的二次污染。

4 節能對策及經濟效益

4.1 節能對策

羊三木油田注水壓力為11.5 MPa，規劃采用“高低壓分離”、“系統降壓+局部增注”的工藝進行節能改造。對9口高壓單井實施單井增注，配套增壓注水泵6臺。

1）注水系統“高低壓分離+整體降壓”節能優化。羊三木油田注水系統羊1#、2#、4#、5#干線整體降壓，其中以羊2#、5#注水干線為系統，注水壓力由11.5 MPa下降至10 MPa，注水壓力下降1.5 MPa；以羊1#、4#注水干線為系統，注水壓力由11.5 MPa下降至9.5 MPa，注水壓力下降2.0 MPa。

2）局部增壓節能改造。注水系統整體降壓后，為滿足高壓井注水需求，實施局部增壓節能改造，在5 個井區分別配套增壓泵各1 臺（150 m3/d、5 MPa、18.5 kW 型1 臺；200 m3/d、5 MPa、22 kW型2臺；300 m3/d、5 MPa、18.5 kW型1臺；400 m3/d、5 MPa、22 kW 型1 臺），配套單井注水管道及相關配套。

針對攜排砂井，在羊3H19、羊3H22 井區配套增注泵1 臺（300 m3/d、5 MPa、37 kW 型），為羊3H19、羊3H22 攜排砂井增加動力液壓力，配套單井注水管道及相關配套。

3）對于供水管道1.8 km、注水干線2.4 km、單井注水管道1.0 km，共計5.2 km進行氣脈沖除垢清洗，達到降低壓損、減少二次污染的目的。管道除垢工作量見表4。

表4 管道除垢工作量

4.2 節能效益預測

預計節能優化改造后，羊三木油田注水系統年可節電174.5×104kWh。

“高低壓分離+局部增注”節能工藝實施后，預計年節電147.6×104kWh。羊2#、5#注水系統壓力降低1.5 MPa，注水量約4 100 m3/d；羊1#、4#注水系統壓力降低2.0 MPa，注水量約3 500 m3/d，預計年節約用電175×104kWh。井場增壓新上增注泵6臺，預計壓力平均升高2.0 MPa，總水量為1 030 m3/d，經計算，預計年增加用電27.4×104kWh。

注水管道除垢工藝實施后，預計年可節電27×104kWh。總計約1 100 m3/d的水量，可實現降低運行壓力1.1 MPa，預計年節電16.1×104kWh；總計約10 200 m3/d 的水量，可實現降低運行壓力0.08 MPa，預計年節電10.9×104kWh。

5 結論

1）開展“高低壓分離”、“系統降壓+局部增”調整改造等節能注水措施，可優化地面注水工藝，降低注水系統能耗。

2）供注水管網實施除垢節能改造，可有效降低管網壓損，提高管網效率，達到降低水質二次污染、節能降耗的目的。