油田注水綜合降耗措施及效果分析

王琦（大慶油田有限責任公司第十采油廠）

1 概況

油田注水系統耗電約占總耗電的30%[1]，如何控制生產操作成本，有效降低注水能耗已經成為節能研究的方向，也是亟待解決的問題。通過對注水系統進行能耗調查，緊緊圍繞單元設備效率、管網效率、注水區域平衡等問題進行研究[2]，開展了高壓離心注水泵涂膜技術現場試驗，同時應用系統仿真優化技術對注水系統生產運行優化，并對目前系統存在的問題提出改造建議。通過采取措施取得了較好的經濟效益，并為油田注水系統節能挖潛積累成熟的可借鑒經驗。

A油田地面注水系統建成投產注水站11座，運行9座，其中地面清水注水站5座，地下水注水站3座，含油污水回注站1座。共有注水泵40臺，單井采用單干管多井、單干管單井配水兩種注水工藝流程，實現含油污水、地面清水兩種水質分質注水。

2 存在問題

1）高壓離心注水泵效率低。5座地面清水注水站采用DF-100型離心泵實施注水，共有高壓離心注水泵16臺，運行時間均超過15年。由于離心注水泵運行時間較長，泵內部葉輪等部件腐蝕、結垢較為嚴重，水力損失逐漸增大，泵水單耗上升，泵效平均57.8%，造成了電能的浪費，離心注水站能耗統計見表1。

表1 離心注水站能耗統計

2）注水區域不平衡，部分注水站運行注水泵負荷率較低，導致系統單耗較高。運行的9座注水站中的5座地面清水注水站共運行注水泵6臺，年均運行負荷率為80.9%，負荷率低的站有3座站，其中A注水站為68.1%，D注水站69.8，E注水站為65.1%，需對系統管網進行調整以優化生產運行。

3 主要措施

針對注水系統中存在的問題，分析注水系統的主要節能潛力在管網運行和注水設備方面[3]，主要做了以下三項的工作，一是應用仿真優化技術，指導系統生產運行，并對管網存在的問題提出改造方案；二是應用高壓注水泵涂膜技術，提高注水泵效，降低泵水單耗；三是將DF100型離心泵更換為五柱塞泵，降低注水耗電[4]。

3.1 注水系統仿真優化

開展以注水管網和泵站為基礎、以生產數據庫為依托，建立基于系統仿真優化。通過系統的仿真優化運行，確定注水系統調整改造方案，降低注水單耗和提高注水效率。

3.1.1 研究的主要內容

1）系統動態仿真研究。針對注水系統建立仿真模型，確定合理的邊界條件，對優化的多組系統參數進行計算機仿真實驗，能夠模擬當前注水狀況，顯示注水水流在管網中的流動狀態，實現注水水量調度的計算機管理，達到優化系統生產運行[5]。

2）注水站配置、運行優化研究。建立注水井－配水間－地面管網－注水站整個大系統的參數優化模型，確定合理的邊界條件，編制優化軟件，對注水系統運行參數進行優化研究，得出不同階段的系統壓力、流量等參數，確定注水系統優化開泵方案和合理的注水工藝流程。

3）注水管網改造優化設計研究。以提高注水管網效率，減少能耗為目標，對注水管網進行優化研究，確定注水管網的最佳壓力分布，對現行管網中出現壓降損失較大的部位作部分調整，以現有的注水管網情況，通過仿真計算，分別對注水站、注水管道、配水間進行分析調整[6]。

3.1.2 完成的主要工作及成果

經過對注水系統部分調整，在滿足注水井注水量的前提下，5座注水站由一、二季度運行6臺注水泵變為三季度運行5臺，注水泵平均泵效由57.6%提高到59.1%，注水單耗下降0.16，運行泵負荷率從二季度的78.5%提高到三季度的89.1%。負荷率提高的注水站分別為：A注水站負荷率從80.8%提高到97.1%；B注水站負荷率從90.4%提高到95.6%；D注水站負荷率70.4%提高到98.3%。注水站前后能耗對比見表2。

表2 注水站前后能耗對比

3.2 應用高壓離心注水泵涂膜技術

注水泵涂膜技術作為一項成熟有效的節能措施，對于提高注水泵的運行效率效果顯著，因此對泵效較低的注水泵，采用了該項技術[7]。

選擇了目前環狀管網中運行的5臺DF高壓離心注水泵進行現場試驗。目的是通過注水泵涂膜技術應用，改善泵體內水力磨阻，減小水力損失，使泵低耗高效運行[8]。節能測試數據見表3，可見5臺泵涂膜后平均泵效提高了4.39個百分點，注水單耗降低了0.48kWh/m3，節電率為5.44%。

表3 節能測試數據

3.3 應用大排量五柱塞工藝代替離心注水工藝

由于采用的DF-100型離心注水泵自身結構等原因，泵效較低，相比于柱塞泵能耗較高[9]。為降低注水泵能耗，在A注水站安裝了2臺105m3/h的五柱塞泵代替離心泵注水，以探索大排量注水泵增壓注水的適應性和可靠性。柱塞泵安裝以來，系統運行穩定，達到了GB/T9234—2019《機動往復泵》國家標準的要求[10]，日常運行維護情況見表4。目前設備已穩定運行2年時間，節能測試結果表明，泵效率為94.2%、單耗為4.79kWh/m3，在相同工況下與DF-100離心泵相比，單耗降低3.2kWh/m3，日可節電0.8×104kWh，節電率為40%。

表4 日常運行維護情況

4 結論及認識

1）建議每年使用軟件對注水系統仿真優化，根據優化提供的方案及時調整管網，確保系統高效運行。

2）注水泵涂膜技術具有較好的節能效果。該項技術具有成本低、效果好、簡單易行的特點，可以降低高壓離心注水泵能耗，應時刻跟蹤效果持續時間，失效后及時涂膜。

3）將DF-100型離心泵更換為五柱塞泵在注水系統取得了一定的節能效果，具有較強的適應性和較好的應用前景。