海拔高度差對油田注水地面系統效率的影響分析

魏立軍 辛生會 唐宏 王林平 覃川

（1.長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.長慶油田分公司質量安全環保部；3.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室；4.長慶油田分公司第六采氣廠）

1 概述

注水系統是油田主要耗能系統之一，開展注水系統效率測試、影響因素分析工作對于油田節能意義重大。

根據相關標準[1-3]，注水系統效率為注水系統輸出功率與注水系統輸入功率的比值。在注水系統輸入功率不變的情況下，井口壓力增加，系統效率就會增加，反之亦然。

以大慶油田為代表的東部油田，地勢平坦，注水站、注水井的海拔高度基本相同，所以不用考慮海拔高度差對壓力的影響，進而對注水系統效率的影響，見圖1 中（b） 平面注水系統。但是以長慶油田為代表的西部油田，地勢起伏很大，注水站、注水井之間的海拔高度差很大，見圖1 中（a）地勢起伏注水系統。

圖1 地勢起伏注水系統轉化為平面注水系統示意圖

把注水站所在的平面設定為基準平面，把其它平面的壓力折算到基準平面的壓力叫折算壓力[1-3]，圖1 中（a）地勢起伏注水系統注水站的海拔高度比注水井的海拔高度高，注水井井口壓力p就大于圖1 中（b）平面注水系統的折算壓力pc，這是因為注水井井口壓力p由兩部分轉化而來，一是注水站內電動機的電能轉化成壓能，二是勢能轉化成壓能。直接用p計算系統效率，得到的結果就會偏大，因為一部分勢能轉化成壓能，為了評價注水系統本身的能源利用情況，就需要消除勢能的影響，把實測壓力p轉化成折算壓力pc，相當于圖1 中把（a） 地勢起伏注水系統轉化為（b） 平面注水系統[4]。并根據注水站和注水井的相對位置對注水系統進行分類；分析了海拔高度差對幾類注水系統效率的影響趨勢。

2 凸形注水系統

凸形注水系統是指注水站建在山頂，注水井在山腰或山底，注水站比注水井平均海拔高度高的注水系統，凸形注水系統示意圖見圖2。

圖2 凸形注水系統示意圖

凸形注水系統的特點是注水井大都比注水站低，注水井井口壓力大于折算到基準平面上的壓力，勢能轉化成井口的壓能，不考慮海拔高度差影響會導致注水系統效率偏高，海拔高度差越大，注水系統效率越大，典型注水系統是采油一廠杏六注。

杏六注注水站海拔高度1 514 m，所轄注水井平均海拔為1 374 m，在不考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算系統效率為55.92%；在考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算系統效率為47.18%，相比高了8.74 個百分點，杏六注系統效率柱狀圖見圖3。

圖3 杏六注系統效率柱狀圖

3 凹形注水系統

凹形注水系統是指注水站建在山底，注水井在山腰或山頂，注水站比注水井平均海拔高度低的注水系統，凹形注水系統示意圖見圖4。

凹形注水系統的特點是注水井大都比注水站高，注水井井口壓力小于折算到基準平面上的壓力，注水站電動機提供的電能首先要克服勢能，余下的轉化成井口的壓能，不考慮海拔高度差影響會導致注水系統效率偏低，海拔高度差越大，注水系統效率越低，典型注水系統是采油一廠杏一注。

圖4 凹形注水系統示意圖

杏一注注水站海拔高度1 286 m，所轄注水井平均海拔為1 380 m，在不考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算注水系統效率為42.59%；在考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算注水系統效率為47.81%，相比低了5.22 個百分點，杏一注系統效率柱狀圖見圖5。

圖5 杏一注系統效率柱狀圖

4 交錯形注水系統

交錯形注水系統是指注水站建在山腰，注水井在山頂、山腰或山底，交錯分布，交錯形注水系統示意圖見圖6。交錯形注水系統的特點是部分注水井高于注水站，部分注水井低于注水站，注水站海拔高度與注水井平均海拔相比或高或低，沒有明顯規律，典型注水系統是采油一廠杏二注。杏二注注水站海拔高度1 443 m，所轄注水井平均海拔為1 440 m，在不考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算注水系統效率為45.37%；在考慮海拔高度差對壓力影響的情況下計算注水系統效率為44.78%，相差0.59 個百分點，杏二注系統效率柱狀圖見圖7。

5 平面形注水系統

平面形注水系統是指注水站、注水井都建在同一個平面內，海拔高度基本相等，海拔高度差對注水系統效率基本沒有影響，東部平原油田都屬于這個類型。

圖6 交錯形注水系統示意圖

6 忽略海拔高度差影響的條件

在編制集團公司企業標準Q/SY 1461—2012《油田注水地面系統能效測試與計算》的過程中，東部油田的代表提出給出忽略海拔高度差影響的條件，因為東部油田基本屬于平面形注水系統，海拔高度差對注水系統效率基本沒有影響，但集團公司企業標準是強制性標準，如果標準中不給出忽略條件，就要必須執行，增加現場測試海拔高度和后期計算折算壓力的工作量。

考慮到標準中壓力、流量等測量儀器的準確度都要求在1.5 級以上，設定注水系統效率差值小于1.5 個百分點的情況下可忽略海拔高度差的影響。

以采油二廠南一注為例，南一注海拔高度1 200 m，把所有注水井的海拔高度改為1 200 m（其余數據不變），計算得到注水系統效率為43.33%，采用試算法，當所有注水井的海拔高度改為1 232 m 時，計算得到注水系統效率為44.83%，也就是說在海拔高度差為32 m 的時候，注水系統效率計算結果相差1.5 個百分點，所以集團企標中規定“對于海拔高度差小于30 m 的油田注水地面系統，可以不考慮海拔高度差的影響”[3]。

7 結論

1）長慶油田地勢起伏的特點決定了在計算注水系統效率的時候需要考慮海拔高度差的影響，杏一注的計算結果相差5.22 個百分點，杏六注的計算結果相差8.74 個百分點。

2）在不考慮海拔高度差的情況下，凸形注水系統會導致系統效率偏高；凹形注水系統會導致系統效率偏低；平面注水系統對系統效率基本沒有影響。

3）從提高注水系統效率的角度考慮注水系統布局，優先考慮凸形注水系統，充分利用海拔高度差的影響，把勢能轉化為井口壓能；盡量避免凹形注水系統。

4）海拔高度差在30 m 以內的油田可以忽略其影響，注水系統效率的計算結果小于1.5 個百分點。