油田注水綜合降耗措施及效果分析

王琦（大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠）

1 概況

油田注水系統(tǒng)耗電約占總耗電的30%[1]，如何控制生產(chǎn)操作成本，有效降低注水能耗已經(jīng)成為節(jié)能研究的方向，也是亟待解決的問題。通過對(duì)注水系統(tǒng)進(jìn)行能耗調(diào)查，緊緊圍繞單元設(shè)備效率、管網(wǎng)效率、注水區(qū)域平衡等問題進(jìn)行研究[2]，開展了高壓離心注水泵涂膜技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)仿真優(yōu)化技術(shù)對(duì)注水系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化，并對(duì)目前系統(tǒng)存在的問題提出改造建議。通過采取措施取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，并為油田注水系統(tǒng)節(jié)能挖潛積累成熟的可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

A油田地面注水系統(tǒng)建成投產(chǎn)注水站11座，運(yùn)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(tái)，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(shí)現(xiàn)含油污水、地面清水兩種水質(zhì)分質(zhì)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(shí)施注水，共有高壓離心注水泵16臺(tái)，運(yùn)行時(shí)間均超過15年。由于離心注水泵運(yùn)行時(shí)間較長，泵內(nèi)部葉輪等部件腐蝕、結(jié)垢較為嚴(yán)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(fèi)，離心注水站能耗統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 離心注水站能耗統(tǒng)計(jì)

2）注水區(qū)域不平衡，部分注水站運(yùn)行注水泵負(fù)荷率較低，導(dǎo)致系統(tǒng)單耗較高。運(yùn)行的9座注水站中的5座地面清水注水站共運(yùn)行注水泵6臺(tái)，年均運(yùn)行負(fù)荷率為80.9%，負(fù)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(duì)系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整以優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行。

3 主要措施

針對(duì)注水系統(tǒng)中存在的問題，分析注水系統(tǒng)的主要節(jié)能潛力在管網(wǎng)運(yùn)行和注水設(shè)備方面[3]，主要做了以下三項(xiàng)的工作，一是應(yīng)用仿真優(yōu)化技術(shù)，指導(dǎo)系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行，并對(duì)管網(wǎng)存在的問題提出改造方案；二是應(yīng)用高壓注水泵涂膜技術(shù)，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(tǒng)仿真優(yōu)化

開展以注水管網(wǎng)和泵站為基礎(chǔ)、以生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫為依托，建立基于系統(tǒng)仿真優(yōu)化。通過系統(tǒng)的仿真優(yōu)化運(yùn)行，確定注水系統(tǒng)調(diào)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(nèi)容

1）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真研究。針對(duì)注水系統(tǒng)建立仿真模型，確定合理的邊界條件，對(duì)優(yōu)化的多組系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，能夠模擬當(dāng)前注水狀況，顯示注水水流在管網(wǎng)中的流動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)注水水量調(diào)度的計(jì)算機(jī)管理，達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行[5]。

2）注水站配置、運(yùn)行優(yōu)化研究。建立注水井－配水間－地面管網(wǎng)－注水站整個(gè)大系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化模型，確定合理的邊界條件，編制優(yōu)化軟件，對(duì)注水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，得出不同階段的系統(tǒng)壓力、流量等參數(shù)，確定注水系統(tǒng)優(yōu)化開泵方案和合理的注水工藝流程。

3）注水管網(wǎng)改造優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。以提高注水管網(wǎng)效率，減少能耗為目標(biāo)，對(duì)注水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化研究，確定注水管網(wǎng)的最佳壓力分布，對(duì)現(xiàn)行管網(wǎng)中出現(xiàn)壓降損失較大的部位作部分調(diào)整，以現(xiàn)有的注水管網(wǎng)情況，通過仿真計(jì)算，分別對(duì)注水站、注水管道、配水間進(jìn)行分析調(diào)整[6]。

3.1.2 完成的主要工作及成果

經(jīng)過對(duì)注水系統(tǒng)部分調(diào)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(yùn)行6臺(tái)注水泵變?yōu)槿径冗\(yùn)行5臺(tái)，注水泵平均泵效由57.6%提高到59.1%，注水單耗下降0.16，運(yùn)行泵負(fù)荷率從二季度的78.5%提高到三季度的89.1%。負(fù)荷率提高的注水站分別為：A注水站負(fù)荷率從80.8%提高到97.1%；B注水站負(fù)荷率從90.4%提高到95.6%；D注水站負(fù)荷率70.4%提高到98.3%。注水站前后能耗對(duì)比見表2。

表2 注水站前后能耗對(duì)比

3.2 應(yīng)用高壓離心注水泵涂膜技術(shù)

注水泵涂膜技術(shù)作為一項(xiàng)成熟有效的節(jié)能措施，對(duì)于提高注水泵的運(yùn)行效率效果顯著，因此對(duì)泵效較低的注水泵，采用了該項(xiàng)技術(shù)[7]。

選擇了目前環(huán)狀管網(wǎng)中運(yùn)行的5臺(tái)DF高壓離心注水泵進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。目的是通過注水泵涂膜技術(shù)應(yīng)用，改善泵體內(nèi)水力磨阻，減小水力損失，使泵低耗高效運(yùn)行[8]。節(jié)能測(cè)試數(shù)據(jù)見表3，可見5臺(tái)泵涂膜后平均泵效提高了4.39個(gè)百分點(diǎn)，注水單耗降低了0.48kWh/m3，節(jié)電率為5.44%。

表3 節(jié)能測(cè)試數(shù)據(jù)

3.3 應(yīng)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(jié)構(gòu)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(tái)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(yīng)性和可靠性。柱塞泵安裝以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了GB/T9234—2019《機(jī)動(dòng)往復(fù)泵》國家標(biāo)準(zhǔn)的要求[10]，日常運(yùn)行維護(hù)情況見表4。目前設(shè)備已穩(wěn)定運(yùn)行2年時(shí)間，節(jié)能測(cè)試結(jié)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(jié)電0.8×104kWh，節(jié)電率為40%。

表4 日常運(yùn)行維護(hù)情況

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）建議每年使用軟件對(duì)注水系統(tǒng)仿真優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化提供的方案及時(shí)調(diào)整管網(wǎng)，確保系統(tǒng)高效運(yùn)行。

2）注水泵涂膜技術(shù)具有較好的節(jié)能效果。該項(xiàng)技術(shù)具有成本低、效果好、簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)，可以降低高壓離心注水泵能耗，應(yīng)時(shí)刻跟蹤效果持續(xù)時(shí)間，失效后及時(shí)涂膜。

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