秦家屯油田注水系統降耗分析及提升措施

劉旭瑩

摘 要：秦家屯油田水處理及注水系統2000年投運，包含秦家屯聯合站以及1號站、2號站、3號站、4號站4個注水站，目前已運行超20年。隨著油田開發年限的不斷增加，注水系統不可避免的存在著設備老化、能耗過高、系統適應性變差、經濟效益較差的問題，從而限制了長遠發展。為減少不必要的成本支出和能源消耗，需要對油田注水系統存在問題進行深入分析，并以此為基礎，提出改進和提升措施。

關鍵詞：注水系統;機組效率;能量損失;防護

1、注水系統能耗現狀

油田注水系統主要由電機、注水泵、調節閥及分水器、注水管網、配水間閥組、增注泵、注水井等組成。注水系統效率由電動機效率、注水泵效率和注水管網效率三部分組成。其中，泵機組輸人功率W0、輸出功率W2、井口水力功率W4;主要損耗有電機損失D1水泵損失D2、節流損失D3、管網磨損D4，根據能量平衡原理可得出，W0=D1+D2+D3+D4+W4=∑Di+W4，除了注人地層的有效能量外，注水系統能量要消耗在電機、注水泵、調節閥、注水管網、配水閥組處。

據測算，秦家屯油田的平均注水系統效率為50.32%，系統總壓力損失3.13MPa，管網損失率9.98%，標準單耗為0.587 kW·h/ （m?·MPa）。具體測試結果見表1。

2、存在的問題

秦家屯油田注水系統的平均系統效率處在合格水平（合格值49%），但從單個注水站來看，系統效率差距較大，其影響各站系統效率的因素主要有以下幾點：

2.1 泵機組效率偏低

秦家屯1、2、3號站站效低，其主要原因為注水站泵機組效率較低。測試期間1號站共啟用3臺注水泵，其中1#泵3.41m?/h和2#泵2.9m?/h;2#泵機組的負荷率為66.92%。2號站啟用兩臺注水泵2#和4#，其中2#泵流量僅為1.56m?/h，3號站啟用3臺注水泵，總流量為10.93m?/h。由于流量小，注水泵能力過剩，偏離高效區運行，導致泵機組效率偏低，從而降低各站的能量利用率。

2.2 配水間閥控損失大

秦家屯3號站管網損失達到了19.34%。秦家屯3號站閥控損失為4.99 MPa，原因是系統運行壓力與井口注水壓力不匹配，導致閥控損失大。秦家屯3號站下轄注水井9口，井口壓力超11MPa井占比66.7%，高、低壓井并存，且壓差大，壓力最高井與壓力最低井壓差可達10 MPa。三號站目前泵壓18.2MPa，與最低壓力井間壓差達11.2 MPa，1號站等其他注水系統也不同程度存在高、低壓井并存，人為降低注水壓力，造成配水間閥控損失偏大，注水系統效率低的情況。

2.3 單井管線壓力損失大

經測算，3號站單井管線壓力損失達1.42MPa，超限定值184%。秦家屯聯合站出站水質達標率低，導致單井管線發生腐蝕、結垢現象，管線由于結垢導致管線縮頸，由于腐蝕導致管線磨阻增加，使單井管線的壓力損失增大。

2.4 注水系統管網腐蝕嚴重

秦家屯油田注水管網已運行超20年，存在不同程度的老化與腐蝕現象。根據腐蝕掛片監測試驗結果顯示，秦家屯污水處理外輸管道腐蝕速率為0.136 mm/a，屬于嚴重腐蝕。

3.系統提升措施

3.1降低注水泵能耗損失

注水站能源效率是注水系統效率的重要組成部分，影響注水站能源效率的主要因素為注水站泵機組效率及站泵干壓力損失的大小。秦家屯1、2、3號站因為注水站泵機組效率較低且流量小，注水泵能力過剩，偏離高效區運行，導致泵機組效率偏低，從而降低各站的能量利用率。

為降低注水泵能耗損失，需優化泵機組運行，停用不必要的注水泵，通過調節各泵水量盡量保持注水泵在高效區運行。利用大修時機，對注水泵進行改造，采用砂輪打光、水利拋光等方法，提高其光潔度，清洗流道，減小損耗。加強對注水泵的管理、維修，做好泵的日常維護和保養工作，建立注水設備能耗數據跟蹤臺賬，持續開展機組效率自測工作，運行高效泵，維護低效泵，減少效率損失，及時觀測能耗高的注水設備和系統運行不穩定的情況，對機組效率監測值低于節能限定值的設備，即使未達到大修時間，也應及時大修。

3.2減小管網能量損失

管網損失是影響注水系統效率的重要因素，管網總壓力損失可表示為：

注水系統總壓力損失：

△P=△P1+△P2+△P3+△P4，

其中：△P1為注水站閥門控制損失，△P2為干線損失△P3為配水間閥門控制損失，△P4為單井管線損失。

工程系統推薦的各級壓力損失限值△P1≤0.5MPa，△P2≤1MPa，△P3≤2MPa，△P4≤0.5MPa。

通過核實注水系統要求及泵機組能力，采用高低壓分注措施，對應高、低壓井組，分別選用合適的注水泵，避免“大馬拉小車”現象。盡量增大配水閥開度，降低閥前壓力。對邊遠高壓井可采用局部增壓注水方式，從而實現降低注水單耗的目的。定期對管線進行除垢清管作業，降低沿程磨阻損失。

3.3管線腐蝕防護

注水管網內腐蝕的主要原因是注水水質不達標。分別對秦家屯污水外輸管線出口和3號站出站管線進行取水樣化驗，結果顯示其固體含量、顆粒中值及細菌含量均超標。其中硫酸鹽還原菌超標嚴重，污水處理外輸干線及3號站分別達到25000個/ml和60000個/ml。硫酸鹽還原菌等細菌以管輸水中油類等有機物為營養來源，大量繁殖同時生成硫化氫，對金屬管壁有很大的腐蝕作用，從而引發腐蝕穿孔等現象。外腐蝕的原因主要是管道受到土壤及周邊環境影響，防腐層出現老化磨損現象，在其表面出現縱向裂紋，修復不及時則裂紋擴散，不斷延伸，嚴重情況就會影響管線防腐層，造成防腐層脫落等現象，致使金屬管壁裸露在土壤環境中，與土壤中的水、氧氣等發生化學反應，造成管壁外腐蝕。

內外腐蝕嚴重影響了管線使用壽命，屢次發生的穿孔事故也妨礙了油田注水開發，因此需根據腐蝕機理和實際情況，制定出有效的防腐措施，保證油田的開發生產。首先，針對管線內腐蝕現象，需加提升水質達標率：一是降低水質中硫酸鹽還原菌等細菌濃度，篩選藥劑進行配伍性試驗，選擇最優藥劑類型和藥劑組合;二是更換過濾器濾料，必要時可對沉降罐及外輸罐進行清洗，以提升水質;三是加強沿程水質監控，定期清洗管道，對管線除垢，保持管道內環境。其次，采取必要的防腐措施，并針對管線外腐蝕，定期進行壁厚檢測及防腐層檢測，及時修復破損防腐層：一是可采用犧牲陽極、外加電流等陰極保護方法，防止腐蝕加劇。對腐蝕嚴重、需更換的管線;二是可以投入使用連續復合管、3PE內襯管線等非金屬管線，非金屬管線具有管壁磨阻小、抗腐蝕性能強、應用后可有效減緩管壁內腐蝕結垢，延長管線使用壽命。

結語：針對秦家屯油田地面注水系統存在的問題，包括注水系統能耗高、腐蝕嚴重等現象，分析出產生此類問題的原因，并提出了科學合理的改進措施。

（1）通過優化泵機組運行，關閉非必要注水泵，1、2、3號站均可提高泵機組效率10%。

（2）通過在三號站采用分壓供水，可大大減小配水間閥控損失，部分邊遠水井采用增壓泵增注后，總體閥控損失可降低到2MPa以下。

（3）通過加強管線檢測、清掃、除垢，選擇合適藥劑等措施，可提高水質達標率，從而減少沿程磨阻，減輕內腐蝕。通過采取陰極保護，修復防腐層等措施，可減輕管線外腐蝕現象。

通過以上措施的實施運用，可大大提升能量利用率、降低成本，延長管線、設備使用壽命，同時保障了油田注水系統高效、安全、穩定運行。

參考文獻：

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