油气田生产系统水平衡指标体系研究

帕尔哈提 何静 葛苏鞍 马中山 王坚（新疆油田公司实验检测研究院）

油田进行水平衡测试时，首先需要明确相应的指标体系以便顺利开展具体的测试工作。对于油气田企业而言，其水平衡指标体系包括企业水平衡指标体系及生产系统水平衡指标体系两部分。其中，企业水平衡指标体系是指对于企业而言通用的基础指标体系，生产系统指标体系是针对具体生产环节中各单元、系统所细化的指标体系。

1 油气田企业水平衡指标体系[1-3]

油气田企业水平衡指标体系包括基准指标和技术指标两大部分，其中，基准指标包括6项，技术指标包括5项，具体指标体系如图1所示。

图1 企业水平衡指标体系

2 油气田生产系统水平衡指标体系

根据油气田生产系统的工艺现状及实际运行情况，建立了相应水平衡测试指标体系，主要包括原油集输系统、注水系统、注汽系统、天然气集输系统4部分内容。具体指标体系如图2所示。

3 水平衡的计算基准

3.1 水平衡的计算基准

水平衡的计算以“m3/d”为计算基准。对于周期性和间歇性较多的用水设备，其各类水量折算成日平均水量，方可进行水平衡的计算。

根据企业供排水基本规律，目前，企业水平衡的计算可归纳为三大类共9个基本公式。

3.2 水量平衡关系式

企业直排式供水模式中各种水量的平衡关系：

企业耗水型供水模式中各种水量的平衡关系：

企业重水型供水模式中各种水量的平衡关系：

需要说明的是：因为只有在回收水自身重复利用的体系中才存在Q重=Q回的关系式，所以，公式（4）只在体系之间的回收水不串用的条件下才成立。

若本体系的回收水部分或全部不自用，供给了其他体系，或本体系的重复用水部分或全部是由外体系供给时，即Q重≠Q回，则公式（4）应改写为：Q用=Q回+Q排+Q耗。

4 水平衡指标的计算[4]

4.1 油气田企业水平衡技术指标计算

目前，水平衡的技术指标主要包括水的重复利用率、排水率、耗水率和水的回收率等。其中，水的重复利用率R、排水率P、耗水率r是国家考核企业合理化用水的重要经济技术指标，是评价企业用水水平的重要依据。

水的重复利用率：体系中所重复利用的水量占体系总用水量的百分比，计算公式：

排水率：体系实际排放到环境中去的水量占体系总用水量的百分比，计算公式：

耗水率：体系实际消耗的水量占体系总用水量的百分比，计算公式：

水的回收率：体系中所回收的水量占体系总用水量的百分比，计算公式：

水表计量率：水表计量率计算公式：

式中：

Km——水表计量率，%；

Vmi——在一定的计量时间内，企业或企业各层次用水单元的水表计量的用（或取）水量，m3；

Vi——在一定的计量时间内，企业或企业内各层次用水单元的用（或取）水量，m3。

4.2 油气田生产系统水平衡技术指标计算

油气田生产系统水平衡指标的计算主要以原油集输系统、注水系统、注汽系统以及天然气集输系统等4大系统为主要研究对象，根据相关监测内容和重点开展相应的水平衡测试，以考察各供用水系统的水量平衡、单位产品新鲜水用量和用水综合漏损率等，多角度多方面地确定被测系统供用水情况，对其科学用水管理及明确今后节水方向起指导作用。

4.3 验算公式

在企业水平衡计算过程中，为了检查各个水平衡体系的结果是否正确，可用公式R+P+r=100%来进行验算。对于回收水不自用及重复用水由外部供入的供水体系，公式可改写为

图2 生产系统水平衡指标体系

水平衡的计算公式反映了企业供排水的基本规律。表述了企业中各种水量之间的平衡关系以及互相依存的情况。依据水平衡公式可对所有用水设备、设施以及车间、企业进行水平衡计算，为企业制定用水规划，进行用水预测提供科学的理论根据。

4.4 水的重复利用率的计算方法

水的重复利用率是国家考核企业用水水平的重要经济技术指标。目前许多企业加强节水管理工作，挖掘节水潜力，不断提高水的重复利用率以节约水资源。

根据水的重复利用率计算公式（5）可知：水的重复利用率取决于2个变量，一是企业总用水量的大小，二是企业总重复利用水量的多少。当Q用不变时，Q重增大，则R增大；当Q重不变时，Q用减小，则R也增大。因此，企业用水量及重复用水量的测试及计算是企业水平衡的一个重要组成部分。

由于企业中各种用水设备构成不同，用水设备的使用周期不同，有些设备是间歇性运转，而有些设备是季节性使用，这些设备在使用或非使用期间对企业的用水量或重复用水量会有举足轻重的影响，因此，在企业进行水平衡测算时，这类设备处于何种状态是十分重要的。为了保证水平衡测试的科学性，对水平衡的测试要求和计算方法作出统一的规定。

1）水平衡测试期间，企业的所有用水设备处于正常的运行状态（平常的用水状态如何，测试时的状态就保持如何，不允许人为地高负荷或低负荷，不允许人为地延长开机时间、加班加点或增加生产班次，也不允许把备用设备都开动起来。总之，一切不正常的虚假用水现象都应当排除。只有这样，水平衡的测试结果才能反映实际的用水情况）。企业的各类水量一律测取24 h内的累计数据，用水表计量水量应用累计数，而不取小时平均数。

2）对于测试周期大于24 h的用水设备，其各类水量一律折算成日平均水量。如某用水设备其生产周期为3.5 d，累计补水量35 m3，则该设备每天的日补水量即为10m3/d。

3）对于间歇时间较长的用水设备，在测试期间已运行的，其用水量可以参加水平衡计算。测试期间未开动的，则不参加水平衡的计算。但是，对这类设备的数量，日补水量、年工作日等都要记录在设备水平衡测试报告中。这样既保持了测试的真实性，又为全面了解企业的年补水量提供了计算的依据。

4）为了便于同类企业、同类产品用水水平的比较以及对企业正常生产过程中用水情况的分析，企业中的纯生活用水和其它临时性的用水，如家属宿舍和基本建设的用水等，不参加企业水的重复利用率的计算，这部分用水量可从企业的总用水量中扣除掉。便于分析企业的正常用水情况。这样企业水的复用率的计算公式可改写为式（10）所示形式：

企业的辅助生产用水和附属生产用水必须参加企业水的重复利用率的计算，不应从企业总用水量中扣除掉。企业中的纯生活用水和其他临时性的用水虽不参加企业水的重复利用率的计算，但要认真地进行水平衡测试，在企业的水平衡表和水平衡框图中应反映出来，同时企业要采取措施加强管理，单独下指标考核，节约用水。为了保持企业水平衡表和水平衡图的一致性以及设备、车间和企业各级水量之间的平衡关系，企业在计算重复用水率时一般都计算两套数据。在企业总的水平衡表上的为总复用率不扣除纯生活用水和其他临时性用水。在水平衡表的备注栏内复用水率是扣除纯生活用水和其他临时性用水后的数值，是作为同类企业的比较和上报、考核用的指标数，计算两套数据的做法在目前是全面的，也是科学的，反映了企业的实际情况。

企业的排水率P、耗水率r、回收水率h的计算应与重复用水率的计算相一致。

5 企业水平衡测试的计算方法

企业水平衡测试，不论是一次平衡法，还是逐级平衡法，都是一种瞬时测试，只能反映测试期间企业的用水情况，不能反映企业年度的用水情况。但是国家每年对企业下达的供水指标和评价企业的用水水平，是以年度为依据，不是以瞬时的测试数据为依据的。瞬时测试数据只作为年度用水情况的参考，这就给水平衡测试工作提出了一个新的任务，就是如何通过水平衡测试来为国家考核企业的用水情况提供依据，使水平衡测试数据具有年度指导意义，目前，根据现场测试实践，提出了平均法、修正法、年度累计计算法三种解决方法。

5.1 平均法

平均法是指企业每年要在用水高峰和低峰期间分别进行一次水平街测试，然后把两次水平衡测试结果进行平均，取其平均值，再乘以企业年工作日，所得的各类水量即为企业年度的水量值，这种测算方法的好处是：既能反映企业在用水高峰和低峰期间各类用水设备和设施的用水情况，为供水部门，实行计划用水提供依据，同时也比较接近企业的年用水量。平均法的计算如式（11）所示：

式中：

Q年补——企业的年补水量，m3/a）；

Q冬补——企业冬季水平衡测试时的日补水量，m3/d；

Q夏补——企业夏季水平衡测试时的日补水量，m3/d；

D——企业年工作日，d。

5.2 修正法

这种方法就是对企业水平衡测试数据进行部分的修正，使其接近年度用水情况，如何修正，要看企业的用水设备情况而定。

企业的用水设备根据用水时间的不同可分为季节性、间歇性和常年用水设备三大类。

1）季节性用水设备：如夏季的空凋、冷却用水设备、冬季的采暖锅炉等，这类设备只要季节一过，用水立即停止，这类设备的日补水量以每年高低峰的实测数据为准，可不做修正。季节性用水设备水量的计算方法如式（12）所示：

式中D设备为设备年工作日。

2）间歇性的用水设备：这类设备中有的一年仅用几次，其用水量的计算方法和季节性用水设备一样，以测试值为准。

3）常年用水设备：属于生产和辅助生产设备的有的可不修正，有的可修正5%～10%。属于附属生产用水，若为春、秋两季测试可不加修正，以测试数据为准，计算方法同上；若冬、夏两季测试必须进行修正，修正系数n一般为30%～50%，即冬季测试时，加测试水量的30%～35%，夏季测试时减测水量的30%～35%，然后再乘以年工作日，即得年用水量。附属生产用水设施水量（夏、冬季）的计算方法分别如式（13）、（14）所示：

附属生产设施的修正系数只适用于一般企业，对某些特殊行业要酌情而定。

5.3 年度累计计算法

也称统计法，这种方法就是把企业每日的实际补水量和重复利用水量累计起来，得出全年的总补水量和总复用水量，然后计算出企业水的重复利用率。统计法的计算方法如式（15）、（16）所示：

目前，企业中补水量和重复利用水量均已装水表考核。并且每月抄、报一次，所以企业的年总补水量和年总重用水量均有可靠数据，因此，以年度累计数据来计算企业的年补水量和年重复水量，从而计算出企业水的复用率，无疑是科学的、正确的，因而成为国家考核企业的依据。这种方法的不足之处在于，企业的年排水量和耗水量没有实际考核数据，另一方面，企业的瞬时用水情况特别是高峰、低峰季节的用水情况不清楚，具体的用水设备、设施的用水情况则更不清楚，这对供水部门的计划供水，对企业加强水的科学管理，实行节水技术改造是不利的。因此，年度累计计算法不能代替瞬时测试法，二者各有所用、各有所长。

6 结论

针对油气田生产系统的现状及水平衡测试在实践中存在的问题，在现行标准SY/T 6721—2008《油田生产系统水平衡测试和计算方法》及现场调研分析的基础上，建立了对油、气田生产系统具有广泛适用性的水平衡模型及指标体系，为现行标准SY/T 6721—2008及水平衡测试工作中存在的问题提供解决方法，同时为国家标准《油气田生产系统水平衡测试和计算方法》的制定提供一定的理论依据。研究内容将对油气田企业水平衡测试工作规范性开展具有积极的指导作用，同时本文的研究成果将对油气田生产系统节水管理工作起到重要的指导和促进作用，提升油气田企业水资源利用水平，为油田实现节水管理提供科学依据[5]。

[1]GB/T 12452—2008企业水平衡测试通则[S].北京:中国标准出版社,2008.

[2]SY/T 6721—2008油田生产系统水平衡测试和计算方法[S].北京:石油工业出版社,2008.

[3]王遇东.天然气处理原理与工艺[M].北京:中国石化出版社,2007:7.

[4]SY/T 5264—2012油田生产系统能耗测试和计算方法[S].北京:石油工业出版社,2012.

[5]穆剑,马建国.油气田节能监测工作手册[M].北京:石油工业出版社,2013:156.