油田注水系统能耗指标及其影响因素分析

2016-09-06梁晶马建国吕亳龙中国石油天然气股份有限公司规划总院中国石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司

石油石化节能 2016年3期

梁晶马建国吕亳龙（.中国石油天然气股份有限公司规划总院；.中国石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司）

油田注水系统能耗指标及其影响因素分析

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（1.中国石油天然气股份有限公司规划总院；2.中国石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司）

油田注水系统是油田生产系统的用电大户，也是油田节电的主要潜力系统；因此，对注水系统的用能评价工作至关重要。目前常用的注水系统用能评价指标有注水系统效率及注水系统用电单耗等。通过对油田注水系统常用能耗指标的分析、对比，选取适用的能耗评价指标，并对影响指标的因素进行定性、定量的分析，得出影响因素与指标之间的关系，可作为分析、提出注水系统评价指标值的依据。

注水系统；能耗指标；影响因素

1　现状

油田注水系统主要由电动机、注水泵、注水泵出口流量调节阀、注水管网、井口及注水井等构成，除了注入地层的有效能量外，注水系统能量要消耗在电动机、注水泵、调节阀、管网和井口各处，由此构成了注水系统的总能耗。

油田注水系统主要以注水泵电动机的电能消耗为主，是各生产系统中耗电量最多的能耗系统之一[1]。以中国石油2011—2014年注水系统耗电量及注水量变化情况为例，中国石油各油田注水系统注水量及耗电量均呈明显的上升趋势，随着注水量的逐年增长，注水系统耗电量也逐年增加。注水系统为油田主要的耗电生产系统，耗电量占到油田耗电量的30%～40%。

为了更好的评价油田各生产系统用能水平，2010年以来，油气田企业积极开展能效对标工作。经过几年的对标实践，各单位在能效对标方面均积累了一定的经验，能耗指标得到了有效控制，用能水平不断提高。

然而，多年以来，对于油气田能耗指标的研究多停留在对指标本身的研究，很少考虑不同类型油气田、不同生产工艺等对指标的影响；因此，为实现油气田能耗研究指标的合理性、可比性，为客观评价油气田用能水平、节能工作提供依据，需要开展油气田各生产系统能耗指标研究。注水系统作为油气田主要的耗电系统，开展其能耗指标研究也是非常必要的。

2　能耗指标及影响因素

2.1注水系统效率

注水系统效率指标是一个综合的效率指标，不能通过检测直接得出，而是通过泵机组效率、管网效率等的综合计算得出。

1）泵效率及泵机组效率的高低直接影响注水系统的效率，是计算注水系统效率的主要指标。其中：

泵效率：泵的有效功率与泵轴功率的比值。

电动机效率：电动机实际输出功率与输入功率的比值。

泵机组效率：泵效率与电动机效率的乘积。

注水系统效率：注水系统范围内有效功率与输入功率的比值。具体由注水电动机平均运行效率、注水泵平均运行效率和注水管网运行效率3部分组成。

由以上分析可知，注水系统效率综合反映了这个注水系统的运行情况，综合考虑了泵、电动机和管网效率的影响。

2）注水系统效率指标存在的特点及存在问题。注水系统效率是评价注水系统能耗的重要指标，能够直接反映注水系统用能水平。获取指标值的前提是精确测定注水系统泵机组效率及管网效率等数据，在实际计算及应用中存在以下问题：通常油田采用定期抽查的方式测定注水系统泵设备的效率，做不到及时、全面，且得出的数据受当时设备的运行情况影响，不能准确反映设备运行的平均水平。泵机组效率、管网效率很难做到全面准确的检测，导致注水系统效率无法准确测定。对泵机组效率、功率因数等指标的检测都是在某一特定时间进行，结果仅对检测时的运行工况负责，不能准确反映一段较长时间内的实际运行情况，检测项目时间和空间上的不对等，导致不能准确计算系统效率，影响指标评判的准确性。此外，注水泵机组效率、功率因数、节流损失率均可以通过技术提升、参数优化等手段进行调整，使指标数值短期内达到要求的标准，并不适合作为一个评判注水系统长期能耗水平的评价标准[2]。

2.2注水系统用电单耗

1）注水系统用电单耗是衡量注水系统能耗水平的另一个重要指标。其值为一定时间内的耗电量与总注水量的比值。

以中国石油2011—2014年油田注水系统单耗数据分析可得，各主要油田在注水量及耗电量逐步增长的前提下，注水系统单耗基本保持稳定，由于注水系统单耗为耗电量与注水量的比值，说明近4年来，注水系统的耗电量及注水量基本保持相同的增长趋势及幅度。注水系统单耗指标能较好地评判注水系统的用能状况，能够反映注水系统在任意时间段内的用能水平。

2）注水系统用电单耗指标的特点。注水系统用电单耗直接反映了注水系统的用能情况；计算所需的数据均是常规检测项目（耗电量和注水量），通过对中国石油各油田及总体情况数据分析可得，注水系统用电单耗指标的数据稳定性高，在充分考虑影响因素并进行修正后的可比性较强；因此，相比注水系统效率更适合作为注水系统用能水平的评价指标。

3）注水系统用电单耗指标的影响因素。从注水系统注水单耗指标的计算公式中可以看出，影响指标大小的因素为耗电量和注水量，而耗电量的多少又取决于注水量的大小、注水压力、泵等设备及管网的运行情况等；因此，可将影响注水系统注水单耗指标的因素可以分为地层因素、设备因素和管网因素3类，如图1所示。

其中，主观因素包括设备因素和管网因素，即注水泵运行效率、电动机运行效率、管网运行效率、注水管网工艺等；客观因素包括地层因素，即注水压力、注水量。

图1　注水系统影响因素

注水泵运行效率反映了注水泵对电动机转化的机械能的利用率。在其他条件相同的前提下，注水泵运行效率越高，泵作的有用功越多，所需要的能量越少，注水系统单耗越低。

电动机运行效率与注水泵运行效率相似，反映的是电动机消耗的电能与转换成机械动能的能力，显然，在其他条件相同的前提下，电动机效率越高，供给泵的有用机械能越多，消耗的电量越少，注水系统单耗越低。

管网运行效率的高低取决于泵管的匹配度，管网的压降、节流等因素。在其他条件相同的前提下，管网运行效率越高，注水过程中的能量损失越少，注水系统单耗水平低。

注水管网工艺作为一个主观因素，更多的是在注水系统设计阶段考虑的，合理的注水管网工艺可以提高注水系统泵管的匹配程度，降低注水系统不必要的能量损失，从而提高整个注水系统的效率，降低注水系统单耗水平。

注水压力反映地层所需要的能量。客观反映了整个注水系统需要提供的能量，所有注水系统建设、运行、优化的前提都必须满足注水压力的需求。

注水量的大小直接影响注水系统的规模，从而影响了注水系统的能耗。理论上，注水量越大，注水系统整体能耗越高，同时会对注水系统单耗产生影响，而且注水量的大小也反映地层的实际需求水。

综上分析，对于注水系统注水单耗指标来说，重点研究的客观因素为注水压力和注水量，其他主观因素可用作分析注水系统单耗高低的原因和改进方向。

在确定了注水压力和注水量为研究的主要客观影响因素的前提下，继续分析2个因素是否存在相互关联，能否进一步的简化。对于一个注水站来说，在评价注水站的单耗时，应考虑每1口单井的注水压力和注水量对指标的影响，最终得到一个确定的单耗值。而在计算1个站的井口压力时，由于注水量不同，不能用井口压力的平均值，因此，可用注水量作为权数，对井口压力进行加权平均计算，得到井口平均注水压力。

综上，影响注水系统注水单耗指标的因素，可归结为井口平均注水压力，在影响因素的定量分析中，可直接采用单因素分析法进行研究。