油田注水系统节能技术探讨

韩军伟罗 玲黄 坤陈 川

（1.西南油气田公司川中油气矿，遂宁629000；2.西南石油大学，成都 610500；3.吐哈油田三塘湖采油厂，哈密 839009）

油田注水系统节能技术探讨

韩军伟1罗 玲2黄 坤2陈 川3

（1.西南油气田公司川中油气矿，遂宁629000；2.西南石油大学，成都 610500；3.吐哈油田三塘湖采油厂，哈密 839009）

油田注水系统能耗巨大，大致由五部分产生。分别探讨油田注水系统节能的几种方案，分析注水泵、管网、电机等运行效率提高状况。

注水系统；节能；分压注水；高压变频；注水管

注水是油田开发中十分重要的开采方式。注水系统的耗电量巨大，约占我国油田生产用电的33%～56%。提高注水系统效率，对实现油田节能降耗有着很大的贡献［1］。本文主要分析了注水系统能耗节点，并分别讨论了提高注水泵运行效率、注水管网运行效率和电机运行效率的节能技术以及其他综合节能技术。

1 注水系统能耗节点分析

注水系统消耗的能量可大致分为五大部分 (图1)。第一部分是注水泵消耗的能量，这部分能量可以用水泵效率曲线进行描述。它随水泵输出流量的大小而发生变化，目前油田用注水泵平均运行效率约为77%，即每注入1 m3水大约有20%的能量被注水泵损耗掉。第二部分能量为管网摩阻损失，可以用管网效率来描述。第三部分是驱动注水泵电机消耗的能量，这部分能量可以用电机的效率曲线来描述。油田使用电机的效率随轴功率而变化，效率约为96%，也就是说每注入1m3的水大约有4%的能量被电机本身所损耗。第四部分能量为配水阀组损失的能量。第五部分能量是将水注入油层所需的能量，这部分能量决定与油层所要保持的压力、储油层的性质和油层的动态等因素。因此油田注水系统耗电量很大，平均占油田生产用电的40%以上。因此开发油田注水系统节能技术和装备一直是油田节能重点工作之一［2］。根据生产实践，在此提出降耗节能的技术方案。

图1 注水系统能量分布图

2 技术方案

2.1 提高注水泵运行效率

在油田注水系统中，因泵效低而损失的能量最多，因此注水泵节能是降低注水系统能耗的关键措施。

（1）科学选择高效大排量离心注水泵。由于大排量离心注水泵过流面积大，阻力小，使之容积损失和水力损失小，泵效比小排量泵高。对于注水量较大、注水压力要求不高的油田，应推广应用D300-150、D250-150、D280-160型系列离心式注水泵。用离心泵的注水站，装机台数不应过多。一般情况下，离心泵的流量越大，效率越高。因此，开两三台小泵，不如开一台大泵效率高，而且也节约基建费用，所以其运行台数以1～2台为宜。

以江汉油田王一注水站为例，应用大排量离心泵可收到明显的节能效果。该站原设计有6D100-150泵2台，随注水量的增大，已增至5台才能满足注水的要求，后改造选用两台高效大排量注水泵DF300-150A×9作为主力注水泵，改造后使注水耗电由7.2kW·h/m3降至6.2kW·h/m3，平均年节约电419×104kW·h，若节约电费及维修费可用3a时间收回全部投资。

（2）合理利用注水泵的高效区。为适应用水量和水压的变化，常采用多台注水泵并联运行和单独运行相结合的方式。为了使注水泵的工况尽可能处在高效区内，应注意使其在并联时每台水泵的工况点接近高效区的左面边界。如此，当单泵运行时，工况点右移，仍可能处在高效区内，在整个工况变化范围内效率较高。

当注水泵并联工作时，每台注水泵的工况点随着并联台数的增多而向扬程高的一侧移动，台数过多，就可能使工况点移出高效区的范围。测试资料表明，当两台或三台注水泵并联运行的实际出水量为注水泵叠加水量的73%～82%时，用电单耗较单台运行高出 4%～5%［3］。

（3）小油田选用柱塞泵。柱塞泵水力性能较离心泵好，漏水量比离心泵小，其泵效比离心泵高得多，实际运行效率达到85%以上，而且运行灵活，调节水量方便，比使用离心泵节能效果明显。目前，生产的高压柱塞泵排量较小，这在某种程度上限制了其应用范围，但随着高压、低渗透小断块油田的不断开发，为柱塞泵提供了用武之地。江汉油田广华注水站设计规模4 000m3/d，在作该站设计时进行了两种泵的方案对比。采用离心泵时需两台6D100-150泵，注水单耗7.4 kW·h/m3；采用柱塞泵时需4台3s泵，注水单耗4.8kW·h/m3。最后，确定采用柱塞泵。投产后，节电效果明显，只节电的情况下10个月内即可收回投资。在进行老站调整时，江汉油田王二注水站启用柱塞泵，淘汰离心泵，改造调整后，泵效提高了21%，年节电达350×104kW·h。

2.2 提高注水管网运行效率

注水管网效率可按下式计算：

式中 ：ηn—注水管网效率，%；

p4i—第i口注水井井口压力，MPa；

qvi—第i口注水井注水量，m3/h；

p2i—第i台注水泵出口压力，MPa；

qvpi—第 i台注水泵流量，m3/h。

上式表示，在泵正常运行的情况下注水泵的流量和泵的出口压力是不变的，注水井的注水量变化也不大，因此，影响管网效率的因素主要是注水井井口压力。在泵压一定的情况下，井口压力大小取决于注水干线(支)线的水头损失。水头损失小，井口压力高，管网效率高。从能量的分布图可知，注水系统管网能耗损失达20%左右。因此提高注水管网运行效率在油田节能技术研究中显得尤为重要。

（1）降低管道内壁粗糙度，对注水管内壁进行涂料防腐处理。管网磨损与其粗糙系数的平方成正比，由于油田注入水水质腐蚀性较强，注水管的制造应采用耐腐蚀材料并采用防腐工艺。注水管内壁的涂料防腐处理，不仅可以延长注水管网的使用寿命，而且可以减小粗糙系数。内壁涂衬后，粗糙系数在10～20年内可保持0.011～0.013。

（2）吸水管路应采用钢管焊接连接。为充分利用水泵的允许吸入高度，吸水管路应尽量少用管件，并力求减少管路长度。为避免吸水管路形成气囊，而减小过水断面，吸水管路应有沿水流方向上升的坡度，一般应大于0.005。吸水管路上的变径应采用偏心渐缩管。采用大口径水表和大面积平隔板滤网，以减少仪表压力损失和泵入口的过滤损失。

（3）遵循整体降压、分区注水、局部增压、合理搭配的原则。提高管网效率的一条基本原则是注水站泵压与所管辖范围内的注水井井口压力有一个比较经济合理的匹配值，以使其沿线压力损失最小，又能满足注水压力的要求。但由于油田或区块的不同油层吸水性能也不同，造成注水压力差别较大，这时应对注水井吸水压力进行分析，对大部分中低压井采取整体降压，少数高压井采取局部增压和分区分压的注水工艺，将会收到明显的节能效果。

（4）做好规划设计，合理优化注水管网。注水站尽量布置在注水管辖区的中心位置，注水半径应在5km之内，将注水泵到注水井口的压力损失控制在1MPa之内。对于边远区块油田，可采用小站注水流程，避免因高压管线过长而使管网沿程阻损失增大。

2.3 提高电机运行效率

提高电机运行效率技术方案应从以下四个方面入手：

（1）选择节能高效电机。国家有关部门不定期公布能耗大的淘汰产品，设计时应注意选择新型高效产品。例如吉林油田新立采油厂的注水离心泵配用YK2000-2/900型电机，比原来使用JK630电机提高效率3%。

（2）结合油田实际，合理选型。注水站内由于设备、管线腐蚀穿孔，维护等原因，经常排放污水，因其温度高、蒸发快，使空气中含有大量的盐，因而侵蚀性极强，易侵入电机内使线圈腐蚀受潮增大电阻，造成无功损失增大。所以尽量选用封闭式电机以避免环境的腐蚀。

（3）注水泵合理匹配。避免大马拉小车，电机出力不足，无功功率损失大。因此，在选择电机功率时，应根据实际所需功率选择。根据资金投入情况，对符合以下条件的电动机进行更新：电动机的投产时间12a以上；电动机经过1次以上大修；空载损耗大于55kW；电动机主要部件老化严重而无修复价值。

（4）合理改造电动机。电动机改造项目主要包括增容改造、通风冷却系统改造、轴承结构改造、鼠笼转子防断条结构改造和电动机绝缘处理改造等。对电动机振动、噪声、温升、接地、三相不平衡、电刷火花等运行故障及时处理［4］。

2.4 综合提高系统效率

（1）机动间歇注水技术。注水系统是一个需要巨额投资的庞大系统，这对于需要大量注入水的高产油田来说是值得的，但对于低丰度、低渗透油田，因其产量低，注水量也低，如还采用常规注水技术必然造成投资大，效率低的问题。为此，机动间歇注水技术的研究有其存在的必要性。该技术不使用高压管网和高压泵却能实现高压注水。

机动间歇注水设备可分为地面机动部分和井口部分。地面机动部分主要有动力源，注水泵和注水罐车。动力源需满足拖动罐车和驱动注水泵所必需的动力要求，而且能适应野外恶劣的工作环境。注水泵是关键设备，在满足注水量和压力要求的前提下，应力求体积小，质量轻，可以移动。

（2）加强系统运行管理。油田注水系统是一个由数百口水井以至上千口水井、地面管网、配水间、注水泵站等组成的大系统。由于油田地下情况的变化，系统经常处于非稳态运行。为实现注水系统节能运行，需要加强注水系统运行管理［5］。

首先，采用注水站巡控技术，加强注水泵的巡回检查。掌握改造前后的参数比较，观察泵的使用情况，主要是电机温度，必要时进行降温，注水泵要定期交替使用，保证泵的正常运行和例行保养。

其次，注水设备状态监测、故障诊断及维修保养。注水设备一旦发生故障，将会引起链式反应，造成严重的甚至是灾难性的后果。因此，经常进行注水设备检修和维护保养，做好更换后配件的检查工作，保证密封填料函的使用寿命，才能提高注水泵的容积效率，提高注水系统总体效率。

3 结 论

本文通过开展注水系统节能对策研究，系统地选择相应的节能对策解决注水系统存在的高耗能问题，现场操作性、实用性更强。提高注水系统效率是一项庞大的工程，必须分清轻重缓急，根据资金投入情况，合理采用节能技术方案才能提高注水系统的系统效率。

[1]南洋.浅谈油田注水系统节能技术[J].内蒙古石油化工，2006，8（2）：35-36.

[2]刘东升，袁国英.油田注水生产系统节能技术[M].北京:石油工业出版社，2003.

[3]He L，Gang C，Dingmin W.The Successful Application of 2000 PCP Wells in Daqing Oilfield[C]//International PetroleumTechnologyConference.Doha，Qatar，2005-09-21.

[4]王洪丽.注水系统的节能措施及效率计算研究[D].北京：北京化工大学，2003.

[5]任明强，王瑾荣.对中原油田注水节能降耗的探讨[J].油气田地面工程，2000，5（4）：14-17.

On Energy-saving Technology of Water Flooding System in the Oilfield

HAN Jun-wei1LUO Ling2Huang-kun2CHEN Chuan3
(1.Southwest Oil and Gas Field Company,Suining 629000;2.Southwest Petroleum University，Chengdu 610500;3.Santang Lake,Tuba Oil Field Production,Hami 839009)

Water flooding system itself is a major energy consumption.Moreover,as the moisture content of the integrated oilfield increases,the energy consumption of water injection will also rise sharply.Therefore,the energy saving of water injection system is of great significance in lowering the cost of oil production.

water injection efficiency；energy saving measures；pressure injection；high-voltage inverter

TE357

A

1673-1980（2011）06-0075-03

2011-06-18

韩军伟（1974-），男，陕西西安人，工程师，主要从事油气田安全管理工作。