喇嘛甸油田注水泵機組站間動態(tài)調(diào)配可行性分析

大慶油田有限責任公司第六采油廠試驗大隊

近幾年，隨著油田開發(fā)方式的轉變及持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的要求，喇嘛甸油田區(qū)域注水量變化日趨頻繁，尤其是水驅、聚驅注水系統(tǒng)。以喇嘛甸油田喇140注水站為例，通過統(tǒng)計16個月的注水量發(fā)現(xiàn)，最大注水量與最小注水量相差4 439 m3，當注水量在某一定量時，注水站啟用2臺D250注水泵，而2臺D250的泵理論計算月注水量遠遠高于需求的注水量，通過對比分析得出，注水泵與注水量的不匹配是導致注水能耗增加的主要原因。

針對上述問題，開展喇嘛甸油田注水機組的動態(tài)調(diào)整研究，通過配備不同排量的注水機組，實現(xiàn)注水機組的動態(tài)調(diào)整[1]。當某一區(qū)域注水量發(fā)生變化時，安裝與之匹配的注水機組，以降低注水能耗。

1 注水系統(tǒng)分析

截至2014年12月底，喇嘛甸油田建成各類注水站25座，其中普通注水機組46臺，聚驅注水機組23臺，深度注水機組19臺，建成多井配水間76座，注水井1 429口。根據(jù)開發(fā)預測資料，喇嘛甸油田2015—2020年，普通注水量及深度注水量變化幅度較小，聚驅注水量變化幅度較大，總體水量呈上升趨勢，每年注水量平均以0.8×104m3/d的幅度增加，2019年注水量達到最高，2020年注水量緩慢回落。清水注水量變化幅度相對較大，變化幅度在0.5×104m3/d左右。喇嘛甸油田喇北北塊、喇北東塊、喇北西塊、喇南中塊四個區(qū)塊中，普通注水量與深度注水量變化幅度較小，聚驅注水量變化幅度較大。

1.1 適應性分析

從對喇嘛甸油田各區(qū)塊的注水系統(tǒng)負荷率預測情況來看，普通水注水系統(tǒng)、深度水注水系統(tǒng)、聚驅水注水系統(tǒng)的負荷率之間存在較大的差異。2015年，南中塊普通水注水系統(tǒng)負荷率與北西塊相差93.28%；北西塊深度水注水系統(tǒng)負荷率與南中塊差異達72.92%，而聚驅注水系統(tǒng)負荷率差異不大。區(qū)域之間的注水負荷存在差異說明區(qū)塊間的注水站的能力負荷存在差異[2]。因此，為了有效地平衡區(qū)域間的注水能力，可以從調(diào)整注水站的注水能力角度出發(fā)，通過對不同排量的注水泵進行合理匹配，提高各注水站的能力，同時達到平衡區(qū)域水量的目的。

1.2 機組匹配分析

由于喇嘛甸油田聚驅、加密注水系統(tǒng)為獨立管網(wǎng)，當注水方案調(diào)整時，易出現(xiàn)注水機泵與注水量不匹配的問題。目前，喇嘛甸油田采取“分質(zhì)分注”的開發(fā)方式，按照“本站機泵互備”的原則，已建88臺注水泵中34臺為備用泵。由于在工藝流程上，多數(shù)備用泵與運行泵為同一進口管線，造成無法同時運行，形成備用能力限制。但通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，喇嘛甸油田喇四注、喇八注、喇Ⅱ-1、喇十六、喇360等各站均有大量閑置泵存在，因此，通過閑置泵的調(diào)換、配套工藝流程的調(diào)整，可以實現(xiàn)注水泵的動態(tài)調(diào)整[3]。

2 注水機組動態(tài)調(diào)整分析

2.1 基礎調(diào)整

截至目前，喇嘛甸油田注水系統(tǒng)采用的注水機泵均為不同類型，根據(jù)注水泵的排量大小，大致可劃分為7種，不同排量注水泵應用情況見表1。

表1 喇嘛甸油田不同排量注水泵應用情況Tab.1 Application condition of water injection pumps with different displacement in Lamadian Oilfield

在各種不同類型注水機泵中，喇嘛甸油田應用較為普遍的是DF200、DF250、DF300、DF400，不同型號的注水機泵對應的基礎尺寸也各不相同，具體應用情況詳見表2。

表2 喇嘛甸油田注水泵基礎尺寸統(tǒng)計Tab.2 Statistics on basic dimensions of water injection pumps in Lamadian Oilfield

目前，通過對標大慶油田其他大型產(chǎn)能建設項目中有關注水系統(tǒng)的改擴建內(nèi)容，以及近幾年喇嘛甸油田注水站改造設計，新建或改造注水站注水機組及基礎已經(jīng)形成“離心泵注水站標準化模塊設計”，對注水機組的選擇及機組基礎的選擇完全參照標準化進行設計，根據(jù)不同排量注水泵可設計出對應的標準化基礎圖。

通過標準化基礎圖與現(xiàn)場實際調(diào)查尺寸對比，相同排量的注水泵基礎尺寸相差不大，因此，以標準化基礎圖為對象開展研究，將基礎的平面尺寸、埋件位置、螺栓位置等內(nèi)容進行核實計算[4]。經(jīng)核算可得出，大泵換小泵可以通過槽鋼聯(lián)合底座法，利舊現(xiàn)有注水泵基礎來實現(xiàn)注水泵的動態(tài)調(diào)整。但由于原有基礎尺寸大小的限制，實施小泵換大泵的方案存在很多施工難題，不同排量的注水泵基礎更換情況及原因說明見表3。

表3 注水泵基礎調(diào)整情況Tab.3 Adjustment of water injection pump foundation

通過表3中各型號注水泵基礎情況說明可看出，槽鋼聯(lián)合底座法是更換注水泵基礎的主要方法。槽鋼聯(lián)合底座法是利舊原有基礎埋件的螺栓孔位置，通過螺栓將槽鋼聯(lián)合底座與原有基礎進行連接，由泵出口管線距地面的高度來考慮槽鋼高度的選取，槽鋼高度也對應翼緣長度的變化[5]。因槽鋼截面尺寸決定整個構件的剪切力與抗彎強度，所以在滿足構件強度與穩(wěn)定性的前提下，依據(jù)現(xiàn)場的具體情況選擇合適的槽鋼[6]。

通過選取合適的槽鋼聯(lián)合底座，焊接后重新開孔與原有基礎的地腳螺栓位置連接，最后根據(jù)新泵的地腳螺栓位置，在槽鋼頂面通過調(diào)正找平重新開孔，將新泵與槽鋼底座用螺栓固定[7]，最后實現(xiàn)新泵、槽鋼底座、原泵基礎的有效連接。具體施工流程如圖1所示。

圖1 槽鋼聯(lián)合底座示意圖Fig.1 Schematic diagram of channel steel joint base

將槽鋼聯(lián)合底座與原基礎連接后，對應新泵機組的螺栓孔位置重新開孔安裝，其對應的螺栓孔距尺寸見表4。

由表4可以看出，槽鋼聯(lián)合底座分為兩種[8]：一種是適合D300、D400安裝的底座，喇嘛甸油田現(xiàn)有D300和D400的泵共計62臺，適合安裝率為70.5%，此種底座可以更換全部泵型，可更換率95.5%；另一種適合D250安裝，喇嘛甸油田共計21臺，適合安裝率23.9%，此種底座只可以更換D200的泵型，可更換率1.1%。因此，通過槽鋼聯(lián)合底座法可以滿足全廠大部分泵的基礎動態(tài)調(diào)整。

表4 槽鋼聯(lián)合底座新開螺栓孔距尺寸Tab.4 Hole distance dimensions of new opening bolts for channel steel joint base

2.2 電力控保系統(tǒng)調(diào)整

經(jīng)調(diào)查，喇嘛甸油田所有注水站的注水電動機功率涵蓋1 600、1 800、2 000、2 240、2 250、2 500 kW。注水電動機的供電均為6 kV，由變電所的高壓開關柜完成。注水電動機的保護有負序電流、兩相差流、過負荷、低水壓、低油壓、水溫過高和低電壓保護，這些保護的實現(xiàn)有兩種方式，一種為老式的繼電器回路保護，另一種為微機保護[9]。當電動機功率變大或變小，以及相同功率電動機廠家不同，都需要對電動機保護的整定電流進行調(diào)整。調(diào)整方法為老式繼電器保護方式，只需根據(jù)調(diào)整的電流值調(diào)指針，微機保護需將調(diào)整的電流值直接輸入微機。

2.3 工藝管道調(diào)整

根據(jù)注水機組的運行參數(shù)及安裝高度要求，在冷卻水及潤滑油工藝中，D200以上的注水機組所需的冷卻水量（50 m3/h）及潤滑油量（20 L/min）相同，僅需將原有管線與注水機組重新連接即可。對于D155及D80型注水機組需要重新核實已建冷卻水系統(tǒng)及潤滑油系統(tǒng)的運行負荷。

在工藝安裝方面，注水泵進口需要配套建設過濾器，過濾器的過濾面積為進水管徑橫截面積的4倍，某廠注水機組的進水管道管徑多為DN300 mm，因此過濾器的直徑不能小于600 mm。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，各注水泵配備的過濾器均滿足大于600mm的要求。

在進出口管道安裝方面，進口管道連接可通過對過濾器重新開口進行調(diào)整，出口管道連接需根據(jù)管道位置確定，無偏差或偏差較小可直接進行焊接，如果偏差較大可采用彎頭進行調(diào)整[10]。

2.4 實施效果

通過槽鋼聯(lián)合底座法安裝注水泵底座，可以為喇嘛甸油田現(xiàn)有全部泵型提供技術支持。按照泵型規(guī)格可分為兩種安裝形式：一種是按照原泵型規(guī)格全部更換。喇嘛甸油田現(xiàn)有D300和D400的泵共計62臺，適合安裝率為70.5%，此種底座可以更換全部泵型，可更換率95.5%。另一種是將21臺非常規(guī)泵更換為D200泵型。喇嘛甸油田現(xiàn)有此類泵共計21臺，適合安裝率23.9%，此種底座只可以更換D200的泵型，可更換率1.1%。因此，通過槽鋼聯(lián)合底座法安裝注水泵底座可以完成對喇嘛甸油田90%以上泵基礎的動態(tài)調(diào)整。

調(diào)整之后，泵管壓差降至0.15 MPa，注水單耗下降0.25 kWh/m3，直接降低注水能耗5個百分點。如果擬定喇嘛甸油田日注水量為15 000 m3，則日節(jié)電達3 000 kWh，年節(jié)電為109.5×104kWh。根據(jù)《大慶油田有限責任公司2021年經(jīng)濟評價方法及參數(shù)選取標準》 中規(guī)定，最新外購電價為0.637元/kWh（不含稅），計算可得，通過對喇嘛甸油田注水機組動態(tài)調(diào)整之后預計每年節(jié)約電費69.75萬元。比照其他施工方式降低工程投資近10%。除此之外，該方法減少了改建工程量，從而加快了施工進度，縮短了施工周期。

3 結束語

喇嘛甸油田面臨進入高含水后期開采的嚴峻形勢，為滿足“保穩(wěn)產(chǎn)、促產(chǎn)油”的要求，注水泵的動態(tài)調(diào)整可以滿足注水量的調(diào)整需求，在不同區(qū)塊注水開采過程中，注水泵的動態(tài)調(diào)整能夠明顯增加注水量，從而達到“節(jié)能耗、降投資”的目標。立足老設備的精細管理，開展以節(jié)能為主的挖潛降耗工作是在保證正常生產(chǎn)的基礎上，全面提升油田生產(chǎn)效率的有效方法，該方法在整個水系統(tǒng)能夠實現(xiàn)全面應用，且適應“提質(zhì)增效、降本增效”的新形勢，最大限度地鞏固節(jié)能效果。注水機組的動態(tài)調(diào)整適用全廠90%以上的注水機組，對今后注水量調(diào)整導致注水機組更換工況具有一定的推廣意義。