樁西采油廠分壓注水節(jié)能技術應用

段闖 趙輝 孫震 劉闖（勝利油田有限公司樁西采油廠）

地面注水采油是我國陸上采油主要方式之一[1-2]，其能有效地補充地層的能量、保持地層壓力，提高采油速度和采收率，確保油田高產穩(wěn)產[3]。注水系統本身消耗大量電能[4]，據統計，采油廠注水耗電占油田的36%～56%[5]。隨著油田進入高含水開發(fā)期[6-7]，含水率不斷上升，注水量迅速增加，注水系統電耗急劇增長，因此注水工程改造在各油田及采油廠受到的關注日益增加[8-9]。

1 現狀

在2011—2015 年油田地面建設系統重點工程項目的前期工作計劃中，樁西采油廠提出油田注水系統分壓實施。通過對采油廠4 個油田注水系統綜合分析發(fā)現，老河口注水站注水系統效率低，單耗高，無功用電現象嚴重。經過現場調研及運行數據分析發(fā)現，該注水站注水系統效率低的主要原因是不同注入井的注水壓力相差較大，平均注水壓力較低。

注水工程改造應與節(jié)能研究相結合[10]，由此提出分壓注水方案，一方面提高注水系統效率、降低注水用電，另一方面新建注水管線作為高壓注水管線降低安全環(huán)保風險，將已建注水管線調整為低壓注水管線，節(jié)約管線等地面工程投資。老河口注水站、樁52 注水系統的分壓注水工藝研究，對其它區(qū)域的注水工程改造具有深遠意義。

2 注水系統問題

2.1 注水系統簡介

1）老河口注水系統。老河口注水系統建有老河口注水站和樁120 注水站，兩座注水站已聯網運行。老河口注水站安裝KGF165 型注水泵1 臺，KGF140 型注水泵1 臺，DF120 型注水泵 1 臺，設計供水壓力16 MPa，供水能力6 840 m3/d，運行注水泵2 臺，供水量6 736 m3/d。樁120 注水站低壓系統安裝5ZB-12/42型柱塞泵3臺，設計供水壓力16 MPa，供水能力1 500 m3/d，未運行，兩座注水站設計供水能力8 340 m3。注水泵壓13.8 MPa，平均井口油壓9.5 MPa，泵機組效率71.2%，管網效率68.84%，注水系統效率46.56%，注水單耗5.67 kWh/m3。

2）樁52 注水系統。樁52 注水站安裝3H-8/450型注水泵5 臺，5ZB-12/42 型注水泵1 臺，設計注水壓力25 MPa，供水能力2 150 m3/d，運行注水泵4 臺，注水泵壓18.5 MPa，供水量1 626 m3/d，注水泵效90%，平均井口油壓12.86 MPa，注水系統效率57.87%。注水單耗6.171 kWh/m3。

2.2 問題及原因分析

1） 儲層物性非均質嚴重，注水壓力差異大。單一供水壓力條件下注水管網效率低、管損大，老河口注水系統注水壓力小于11 MPa 的水井開井56 口，注水量4 205 m3/d，注水壓力大于11 MPa 的水井開井30 口，注水量2 531 m3/d，平均管損4.3 MPa，平均管網效率只有68.84%。樁52 注水系統注水壓力小于12 MPa 的水井開井7 口，注水量602 m3/d，注水壓力大于12 MPa 的水井開井16 口，注水量1 006 m3/d，平均管損達4.98 MPa，管網效率只有72.09%，導致注水系統效率低，注水單耗高。

2）老河口注離心泵泵效低、單耗高。老河口注離心泵泵效只有71.2%，單耗5.67 kWh/m3，而5ZB-20/43 型柱塞泵泵效達90%，排量達1 360 m3/d，按注水運行泵壓14 MPa 計算，用柱塞泵替代離心泵，單耗僅4.47 kWh/ m3。因此利用高效的柱塞泵代離心泵，可較大幅度提高泵效。

3）供水半徑大，管損大。老河口注水站至老168 平臺距離達10.9 km，供水半徑大，老168 塊投產后，老河口至老163、老168 注水干線最大注水量達到9 400 m3/d，計算管損高達8.99 MPa。單純依靠加大注水管線管徑投資大、管網效率低。因此，需結合產能建設，總體布局注水站及注水管網優(yōu)化。

3 技術原理

由注水泵功率計算式可知，傳統單壓注水與分壓注水的耗能存在顯著不同。

1）單一注水壓力注水泵功率。其注水泵電動機的總輸入功率見式（1）：

式中：N入-1為注水泵電動機的總輸入功率，kW；Ne為注水泵輸出的總有效功率，kW；η1為注水泵機組平均效率；P出-1為注水泵平均出口壓力，MPa；P進-1為注水泵平均進口壓力，MPa；Q為注水泵總排出水量，m3/d。

2）分壓注水雙壓力等級下注水泵功率。將一個注水系統分成高、低壓兩個系統，在總水量、注水泵機組平均效率和泵進口壓力相同的前提下，即Q=Q1+Q2=P進時：

式中：N入-2為注水泵電動機的總輸入功率，kW；Q1為高壓區(qū)注水泵總排出水量，m3/d；Q2為低壓區(qū)注水泵總排出水量，m3/d；P出-1為高壓區(qū)注水泵平均出口壓力，MPa；P進為注水泵進口壓力，MPa；η為注水泵機組平均效率；P出-2為低壓區(qū)注水泵平均出口壓力，MPa。

用一個高壓系統注水與高、低壓兩個系統注水時電動機的輸入功率之差，即當P出-2＞P出-1時：

通過上面的分析看出，利用高壓注水系統的注水電動機功率高于分壓系統注水電動機功率，可見分壓注水能夠有效有效降低系統能耗。

4 改造方案及效益評價

4.1 分壓改造實施方案

1）老河口注水系統。老河口注水系統結合老168 產能建設，完善配套高低壓注水管網，優(yōu)化供水半徑，提高注水系統效率。

建設樁106 北注水站，采用大排量柱塞泵取代離心泵，提高注水泵效，降低注水能耗。設計供水能力10 000 m3/d，其中高壓設計運行壓力14 MPa，供水量6 000 m3/d，低壓設計運行壓力12 MPa，供水量4 000 m3/d。配套注水管網改造及調整，老河口注水站設計運行壓力13.8 MPa，樁120 注水站設計運行壓力12.5 MPa，配套管網調整并改造配水間高低壓流程，實現4 套壓力分壓注水。

2）樁52 注水系統。樁52 注分壓運行工程將分壓注水改造與注水管線更新相結合，在提高注水系統效率、降低注水單耗的同時，將多年運行的注水管線調整為低壓運行，充分發(fā)揮其剩余價值，降低了管線更新改造投資。

根據目前開井的23 口水井的注水壓力和井位分布情況，結合樁52 注水系統改造工程，計劃實施高低壓分壓注水工程。高壓注水系統由5 臺3H-8/450 型注水泵供水，設計供水量1 520 m3/d，主要擔負201 配等8 座配水間17 口注水井的注水任務，設計運行壓力18.5 MPa，注水量1 058 m3/d。低壓注水系統由1 臺5ZB-12/42 型柱塞泵供水，設計供水量630 m3/d，運行壓力12 MPa，主要擔負201 配、219 配等2 座配水間6 口注水井的注水任務，注水量568 m3/d。

4.2 方案實施效果

兩個注水系統實施分壓注水調整后，對地面注水系統的改善主要有兩個方面：壓力匹配條件條件改善，泵站干壓與井口壓差降低；新建部分支干線，管網損失降低，管網效率提高。下面僅對水量匹配后單耗及系統效率進行分析測算。

1）老河口注水系統。老河口油田分壓注水工程投產后，老河口注水站停運行1 臺離心泵，注水系統平均運行壓力13.14 MPa，平均下降0.66 MPa，注水單耗4.88 kWh/m3，下降0.79 kWh/m3，日節(jié)電6 722 kWh，年節(jié)電245.3×104kWh，注水管網效率由68.84%提高至82.45%，系統效率由46.56%提高至63.6%，提高了17.04%。

2）樁52 注水系統。樁52 注水系統分壓工程實施后，平均運行壓力16.23 MPa，下降2.27 MPa，注水單耗5.414 kWh/m3，下降0.76 kWh/m3，日節(jié)電1 232 kWh，年節(jié)電45×104kWh，注水系統效率由改造前的57.87%提高至66.07%，提高8%。

4.3 經濟效益評價

2011 年1 月老河口注水系統分壓注水工程投產后，日節(jié)約電量6 722 kWh，年節(jié)電245.3×104kWh，年創(chuàng)經濟效益147 萬元。2011 年2 月樁52 注水系統分壓注水工程投產后，日節(jié)約電量1 232 kWh，年節(jié)電45×104kWh，年節(jié)約電費27 萬元。

后期老河口注水系統的老168 塊和老163 塊、樁106塊注水量提高后，預計系統運行壓力13.14 MPa，供水量14 420 m3/d，注水單耗4.77 kWh/m3，較目前注水單耗5.67 kWh/m3減少0.9 kWh /m3，日節(jié)電12 978 kWh，年 節(jié) 電 473.7×104kWh，年 節(jié) 電費 278 萬元，有效降低注水運行費用，經濟效益顯著。

5 結論與建議

通過對老河口注水系統及樁52 注水系統進行注水分壓技術節(jié)能改造，得出結論及建議如下：

1）能夠實現大幅度降低注水泵干壓與井口壓力的壓差值，注水管網效率及注水系統效率明顯得到提高，降低了注水泵站能耗，促進節(jié)能降耗；地面工程中新建部分地面注水支干管線，進一步降低地面注水管網閥控損失，提高了管網效率。

2）分壓注水技術節(jié)能改造與注水地面工程改造及部分地面老化管線更新相結合，在提高注水系統效率、降低注水單耗的同時，將運行多年的舊注水管線調整為低壓系統運行，提高安全本質化運行，充分發(fā)揮其剩余價值，降低地面管線更新工程的投資費用。

3）因地制宜的開展注水系統分壓技術注水改造取得了較高的經濟效益，該項技術具有投資少、見效快等優(yōu)點，說明該技術是提高復雜斷塊油藏中注水井吸水壓力及吸水能力嚴重不均勻的油田注水地面系統效率的有效措施，值得其它油田推廣應用。

4）在實施分壓注水系統改造前，應對注水系統的各注水泵站、單井的生產參數、注水泵的耗電情況以及注水系統的工藝管網進行全面詳細的調研論證，編制可行性研究報告，最終確定有經濟效益的項目進行實施。

5）由于地面注水管線設施、閥門以及計量儀表的投資費用較高，因此在編制分壓注水技術改造方案時應以地面單井注水管道局部調整為主，注水干線大調整為輔的技術思路。

6） 分壓改造完成后應根據注水泵負荷的變化，及時調整配套電動機的功率或運行參數，來進一步降低注水系統能耗。