高升油田雷家区块注水系统能耗分布规律研究及应用

周　兵（中国石油辽河油田分公司高升采油厂）



高升油田雷家区块注水系统能耗分布规律研究及应用

周兵（中国石油辽河油田分公司高升采油厂）

注水系统节能降耗已成为油田降低生产成本的重要研究课题，而注水设备是节能降耗的关键，不但要进行提高泵效的研究，更要把注水设备放在注水系统这个大环境中，即研究注水泵站分布、合理的注水半径、注水管网直径和走向、单井配注等，以达到投资最少、注水效果最好、系统效率最高的目标。为此，借助注水系统能耗分析计算机软件研究注水系统能耗分布规律，评价出注水系统各环节的能耗、效率、注水单耗状况，找出系统用能存在的薄弱环节；并提出有针对性的调整改造措施，以此达到提高整体注水系统效率，降低油田区块开发成本。

注水系统节能降耗能耗分布规律效率开发成本

高升采油厂雷家区块注水系统有注水站1座，计量站5座，单井点4座，注水井44口，日注水量2300 m3左右，注水井压力相差大，注水系统使用年限长，系统能耗高；因此，借助注水系统能耗分析计算软件，开展注水系统能耗分布规律研究，找出系统用能存在的薄弱环节，并提出有针对性的调整改造措施，以此达到提高注水系统效率，降低油田区块开发成本的目的。

1　研究内容

1）开展雷家注水系统能耗评价方法研究。根据雷家注水系统现状，通过建立注水系统及其用能单元的能量平衡分析模型，确定相应的能耗评价及分析指标［1］，主要包括注水泵机组效率、注水站效率、注水站内泵管能损率、注水管网能损率、配水间能损率、注水井井口阀能损率、地面注水系统效率等。

2）开展雷家区块注水系统能耗测试方案制定，测试内容主要包括注水泵机组效率、注水站效率、注水管网能损以及配水间能损测试等。

3）开展雷家区块注水系统水力分析计算方法及其修正技术研究。根据注水管网的结构特点，采用流体力学理论研究建立系统水力分析计算方法，针对理论计算结果与实际计算结果误差较大的问题，采用最优化拟合技术对水力计算模型进行修正。

4）对雷家区块注水系统能耗测试结果进行分析与评价，确定系统能耗分布规律，找出用能存在的薄弱环节。

5）制定雷家注水系统效率提升调整改造方案。根据区块注水系统生产运行现状，制定合理的注水系统调整改造方案，确定提高系统效率的方法。

2　现场实施

2.1管网现场调查

对区块的注水系统管网进行详细调查，核定区块注水系统管网的结构，落实干线和支线的管线布置、节点分布、阀门以及各注水站和配水间的具体位置，对部分注水站和配水间的管网运行参数进行监测。主要测试内容包括：采用PT878超声波流量计和精密压力表测试注水站、配水间的各管线的压力和出口流量；采用Fluke435电能质量分析仪测试注水站的注水泵及单井增注泵的电能消耗量。

2.2注水系统能耗测试

根据注水系统测试要求，在对注水管网所涉及到的注水站进行现场调查，了解注水站站内管网分布情况，记录注水站注水所涉及的设备参数。

1）注水泵电动机能耗测试。高升油田雷家注水系统电动机有2种型号，分别是Y355L-4和Y2-355-4，对电动机的测试主要利用电参数综合测试仪测出电动机的电压、电流、功率因数和有功功率等。

2）注水站内能耗测试。依据注水系统注水站内能耗计算方法，需要测试注水泵入口压力、出口压力、实际排量，测试注水站各出口管线的压力和流量，从而计算出注水站内各部分的能量损失。

3）配水间内能耗测试。按照雷家区块注水系统配水间内管网分布（图1），对注水管网所涉及的7个配水间（分布在5个计量站）进行现场调查，了解各配水间的注水情况，测试各配水间的输入压力（干线压力）以及所包括各注水井的压力（油压）和流量，从而计算出配水间各部分能量损失及注水井的有效能量。

2.3注水系统各环节单元能耗计算分析

根据测出的注水站出口流量和出口压力，结合测试的各配水间的流量压力数据和电能消耗量，利用注水系统能耗分析计算机软件，统计出雷家区块注水系统各环节单元的能量分布，主要包括泵机组能耗、站—间管网能耗、增注泵能耗、配水间内管网能耗、注水井有效能耗等部分。通过对区块注水系统的4次测试和计算结果，统计出区块注水系统能量分布结果（表1）。

从表1可以看出（以第1次测试计算数据为例），启用1、3、4注水泵，注水泵机组输入功率为566.5 kW，注水泵输出功率469.7 kW，注水泵机组损失96.7 kW，泵机组效率82.9%，泵注水单耗6.3 kWh/m3。注水泵输出功率分配给2个环节：从注水站到配水间管线损失功率18.1 kW；进入配水间功率451.6 kW。进入配水间的能量也分配给2个环节：注水前阀门节流损失功率21.3 kW；输出到注水井有430.3 kW。增注泵输入功率119.4 kW，输出功率23.6 kW，损失功率95.7 kW，增注泵效率19.8%。加上增注泵增加的功率，进入井口的功率为454.3 kW，井口阀门节流150.6 kW，真正注入注水井的有效功率只有303.7 kW；注水系统效率44.3%，注水系统单耗7.6 kWh/m3。

图1　雷家区块注水系统配水间管网

表1　注水系统各环节单元能耗分析

3　调整方案制定

根据以上统计结果，雷家注水系统能耗最大的2个环节是井口节流损失和增注泵机组损失［2］。井口节流损失大的主要原因是由于进入井口压力太高，注水井所需要的压力较小，这个较大的压差造成井口节流损失大。增注泵机组能耗高的主要原因是由于增注泵实际的排量和压力远远小于增注泵额定的排量和压力，造成增注泵工作在低效率区域，增注泵机组能耗就大；并根据现场实际制定2项调节措施。

3.1井口增注泵调节措施

针对增注泵测试计算结果可知，现场有32口喷头压井，其增压值大于或等于10 MPa的只有5口，一半以上的井增压都小于7 MPa；而所选用的增压泵额定增压值都大于10 MPa，一半以上是15 MPa。况且，增压井注水量都在5 m3/h，90%的井注水量都在3 m3/h以下；而所选用的增压泵额定排量都大于3 m3/h，超过75%的增注泵额定排量大于4 m3/h。因此，从对比可以看出，雷家区块注水系统所选用的增注泵与实际增注井不匹配，造成增注泵效率偏低，绝大部分增注泵的效率在40%以下，平均效率为21%。对目前的增压泵进行统计分析，确定各井所需的注水压力值，根据不同的注水压力需要选用不同的增压泵，这样可以提高增压泵的工作效率。目前所用的增压泵额定效率都在65%左右，可以提高效率40%以上。

3.2注水系统整体降压

根据泵压的计算公式和结果可以确定，管线压降、净扬程降低后，系统对泵压的需求减少，这就为降低泵压创造了条件。系统压力需求降低后，再采用水泵减级、叶轮车削、变频等改变水泵特性措施降低泵压，同时对压力需求高的注水井必须予以增压方可满足注水要求［3］。由于增压的流量小于降压的流量，因此可达到节能的目的。这种“大流量降压、小流量增压”的方法也是注水系统节能的基本措施之一。因此，综合考虑注水系统注水泵性、注水管网压力、注水井注入量和注入压力等影响因素，以降低系统能耗为目标制定降压2 MPa运行方案，优化调整注水泵的运行状态，对于注水量欠注的注水井，采取局部增压方法解决。

4　效果分析

1）增注泵效率提高。通过增压泵的选型更换，增压泵的效率提高了40%。按目前的增压泵输功率30kW计算，年节电64.7×104kWh，而按0.681 9元/kWh计算，则年节电费约为44.12万元。

2）注水系统整体降压。通过对注水泵降压2 MPa后注水泵压力为16.6 MPa，流量不变为91 m3/h，注水泵机组效率为85%，消耗功率493.7 kW，节省功率66 kW；按增流量8.93 m3/h、最大压力2.0 MPa、增注泵效率60%计算，则增注泵消耗功率为8.3 kW，年节电可达50.5×104kWh，年节电费约为34.44万元。

5　结论

通过系统效率的测试计算，可以根据能耗分布规律适当采取以下措施，以提高整体注水系统的效率：

1）研究注水系统各用能单元的能量平衡分析模型，找寻能量分布规律，可以为提高注水系统效率提供强有力的技术数据支持。

2）针对增压泵机组效率低的现场，采取“大流量降压、小流量增压”的方法，是注水系统节能的有效措施之一，即通过增注泵选型，实现增压泵与现场实际注水需求合理匹配，可以达到提升注水系统效率的目的。

3）针对配水间节流损失较大的注水系统，通过对注水系统整体降压的节能改造措施，可以适当地减少配水间的节流损失和管阀的节流损失，也能达到提高注水系统效率。

［1］梁光川，郑云萍，彭自学，等.油田地面注水系统效率分析［J］.西南石油学院学报，2001，23（2）：62-65.

［2］丰国斌.油田注水系统节能［J］.石油规划设计，1996（2）：7-9.

［3］陆跃军.双河油田注水系统节能分析和改造方案初探［J］.华北油田设计，1998（1）：39-45.

雾霾天佩戴口罩坚守岗位

12月1日，北京石油和平里加油站员工在雾霾天里坚守岗位给顾客加油。当日，北京现空气重污染过程，这是自今年3月31日《北京市空气重污染应急预案》修订后，首次启动橙色级别的预警，也是今年首个空气重污染橙色预警。北京石油迅速启动环境保护应急预案，为岗位员工配发口罩，对各加油站油气回收设备、设施着重加强密闭检查，做到特殊天气平稳供油。

胡庆明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.003

2015-04-14）

周兵，工程师，2006年毕业于大庆石油学院（石油工程专业），从事油田集输系统生产运行管理工作，E-mail：zhoubing19750810@126.com，地址：辽宁省盘锦市辽河油田高升采油厂集输大队，124125。