姬塬油田注水系统能耗分析及节能措施

梁桂海，周学军，王海军，程雪涛，马冬宁

中国石油长庆油田分公司技术监测中心 （陕西 西安 710018）

姬塬油田位于陕西省定边县，开发油藏层系为侏罗系延安组和三叠系延长组，年产油量达到300×104t以上。截至 2014年底，共有注水站 41座，注水泵127台。注水井开井1 490口，日注水31 000m3，分注井562口，其中，注清水井 1 168口，日注水25 100m3，采出水回注井322口，日注水5 900m3。

2013年，对姬塬油田的18个注水系统进行了监测，包括注水泵34台，注水阀组242座，注水井637口。监测结果表明，注水泵机组效率平均值76.27%，监测指标合格率85.3%；注水泵拖动电机功率因数平均值0.854，合格率61.8%；注水系统能量利用率平均值51.19%，合格率61.1%，注水系统综合合格率27.8%。注水系统监测评价结果见表1。

站内管线损失率平均值0.72%，站内回流损失率平均值5.65%，注水管网损失率平均值18.86%（其中，注水阀组损失率平均值13.46%，注水管线损失率平均值5.40%），单位注水量电耗平均值7.20kW·h/m3。注水系统能量利用率及损失率数据详见表2。

1 注水系统能耗分析

通过监测发现，姬塬油田注水单耗偏高，注水系统综合合格率较低，影响注水系统效率的主要因素是注水阀组损失、回流损失和注水管线损失。

1.1 注水压力差异大，注水阀组损失率大

为满足少数高压井的注水需求，注水站高压运行，造成大量注水井阀组节流压差大，注水能耗高。监测18个注水站，注水阀组损失率平均值达到13.46%，姬28转的注水阀组损失率高达29.08%，成为影响注水系统效率的主要因素。姬28转安装3台注水泵机组，正常开2台注水泵注清水，下游注水阀组28座，注水井开井69口，注水井配注量1 587m3/d。注水系统能量利用率47.89%，低于72%的监测限定值，单位注水量电耗为6.43kW·h/m3，压力传递及损失情况见表3。

表1 姬塬油田注水系统节能监测评价结果汇总表

表2 姬塬油田注水系统监测数据统计表

姬28转注水系统注水阀组压力损失6.81MPa，占全部压力损失的82.5%，主要原因是系统中压力较低注水井数量偏多，压力低于12MPa井数50口，占实注井数的74.6%。

1.2 参数不匹配，站内回流损失率大

经过不断配套完善，在监测的18个站点中，有9个站点消除了回流现象，但仍有3个站点站内回流损失率达到20%以上。造成站内回流损失大的原因有以下几点：

1）个别站点注水泵排量远大于实际注水量。姬五注水站注采出水，考虑后期注水规模，安装3台注水泵，理论排量28.3m3/h，配套变频装置1台，下游注水阀组4座，实际注水井9口，配注量165m3/d。正常注水运行1台注水泵，运行频率30.3Hz，实测排量14.19m3/h，注水站出口流量7.01m3/h，站内回流量7.18m3/h。姬五注水站输入功率84.36kW，回流功率损失31.43kW，站内回流损失率37.26%，姬五注水站注水单耗11.94 kW·h/m3。

2）安装变频装置的系统出现故障或者运行状态不合理。姬16转注水站安装4台注水泵，单泵理论排量27m3/h，3#泵、4#泵配套变频装置，下游阀组16座，注水井开井36口，配注量810m3/d。该系统正常运行2台注水泵，2#注水泵机组工频运行，实测排量24.43m3/h，3#注水泵机组配套变频装置，工作频率47.8Hz，实测排量19.55m3/h，注水站平均出口流量30.72m3/h，站内回流量13.26m3/h。姬16转注水系统输入功率298.46kW，注水站回流功率损失69.21kW，站内回流损失率23.2%。主要原因是变频装置频率人工调整不到位，回流阀关闭易出现压力过高而自动保护停泵。

表3 姬28转注水系统压力损失计算结果

1.3 注水管线压力损失大

监测的18个注水站，注水管线损失率平均值达到5.4%，姬三注注水管线损失率达到10.13%。造成注水管线压力损失大的原因有以下几点：

1）注水半径大，导致注水管线压力损失大，部分注水井因注水压力低达不到配注。姬三注水站下游注水阀组22座，注水井开井53口，配注量1 681 m3/d。注水站出站注水压力18.83MPa；塬106-33阀组分压为15.68MPa，注水干线长度7.0km，压力损失达4.34MPa，压力损失大。

2）随着区块产建的不断扩边，新增注水阀组支线从就近注水管线上续接，沿程阻力增大，注水支线末端注水压力下降较大。姬28转注水系统出站压力19.3 MPa；成60-10阀组距离注水站5.0km，注水支线管线内径60mm，流量10m3/h，分压15.86MPa，压力损失达到3.44MPa。

3）注采出水的系统，由于采出水中机械杂质含量较高附着在管线内壁或注水系统地面管网结垢、腐蚀严重，导致管线管径缩小，局部或沿程阻力增大，注水系统末端压力低。姬20转注采出水系统出站压力19.02MPa；塬123-29阀组距离注水站仅0.4km，分压17.29MPa，压力损失达到1.47MPa。

2 节能措施

结合注水系统节能监测数据，可对注水能耗大、阀组压力损失大、回流量大的部分注水系统通过局部增压及降压增注技术、变频技术、管网优化等可以有效的对损失因素进行控制，从而达到节能降耗的目的[1-5]。

1）针对各注水井所需注水压力差异大的现状，需对生产现场进行详细调研，对高压井、低压井进行分区域、阀组统计，结合现场实际情况对姬28转注水系统进行局部增压、降压增注或流程优化，达到节能降耗的目的。

2）对注水泵进行恒压控制改造，消除或减少回流。恒压注水变频自动控制装置根据实际配注量自动调节电机转速，控制泵的实际排量，进而将外输压力调整至设定值，不需人工实时调整变频器频率，消除回流，实现恒压注水。对姬五注配套1台小排量注水泵，与大泵配合注水，适应油田中后期产水量增加的需求。

3）对压力损失大的干线清管除垢，减少压力损失。注采出水的系统，管线易结垢，导致下游注水井欠注。由于注水管线内径变小，沿程阻力损失和局部阻力损失增大，制约了管线的供水能力，在局部增压措施不能取得预期效果的情况下，可考虑管线清管除垢。

[1]罗剑，王梦春.青海油田注水系统能耗分析及节能措施[J].内蒙古石油化工，2011，37(2):13-14.

[2]高军.低渗透油田有效注水工艺技术研究[D].大庆：东北石油大学，2012.

[3]张瑞杰，常玉连，杨剑天，等.某油田注水系统分压及优化节能技术[J].油气田地面工程，2011，30（2）：61-62.

[4]顾晓，窦守进，李国生.注水系统节能降耗技术应用[J].资源节约与环保，2008，24（3）：49-53.

[5]邹晓燕,项勇,赵昕铭,等.大港油田注水工艺系统节能降耗技术研究与应用[J].石油规划设计，2009,20（2）：30-32.