油田注水系统监测优化

修丽群（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

油田注水系统监测优化

修丽群（大庆油田有限责任公司第三采油厂）

目前国内外许多油田为提高采出率，保证地层压力，均采油注水驱替的方式补充地层能量进行开采。但是开发多年后，管网的维护和改造使注水井的配注量发生了改变，使得在管网系统供水能力富裕的情况下，注水量与需水量不相匹配。而在注水系统中的不同注水站之间相互影响，当一个区域出现注水不足或过剩的情况，很难找出影响它的直接因素，因而造成资源的浪费。为解决上述问题，以国内某油田某区块为研究对象，对注水系统的压力及水量进行监控，明确压力异常原因后，指导开泵方案，降低日耗电量近1×104kWh，约6.5万元，为油田降本增效提供有力的数据支撑和理论指导。

注水系统；压力检测；区块；节能优化

1 现状

为保证地层压力，许多油田均采用注水开发的方式进行开采。在非均质多油层砂岩油田的开发及采收率的提高的过程中，注水开采起到了非常重要的作用[1-2]。近年来，注水工艺的高速发展有效解决了油藏的层间、层内和平面之间的矛盾，提高了注水的波及系数，有效延长了油田开采寿命，保障了油田的高产稳产。

受国际油价影响，油田的规模不断扩大、注水井的数量不断增加、作业施工频繁，部分水驱井变为聚驱、三元复合驱注入井[3-7]，使得在泵站总供水充足的情况下，部分注水井实际压力和注水量产生较大缺口，而一些注水井的实际注水量超出需求量。又由于整体系统是相互关联的，常出现多个泵站影响一口井的情况，注水不足的井很难找到直接影响它的泵站就行调整，通常需高价购买清水进行补充，增加开采成本。并且从生产实际来看，多个泵站为一条注水干线注水、同一泵站为多条注水干线注水，这种跨区块的、多对多的注采模式使得对某一区块的压力分析和水量监测成为难点。针对这些问题，对注水系统的压力及水量监控机制提出了优化方案，可明确分析出导致某一区块注水量变化的直接和间接因素，指导优化开泵方案，为油田降本增效提供有力的数据支撑和理论指导。

2 典型的多区块注水系统流程

目前国内油田常见的注水单元，采出水经处理站净化引入储罐，由多个注水泵共同注入到注水干线上，采用“集中注水，单井或多井配水”流程，注水站采用高压离心注水泵增压方式集中供高压水，由许多注水单元构成注水系统管网（图1）。

图1 注水站注水流程

按照层系和砂岩特点，通常将油田系统按区块划分，不同区块有多条注水干线，由多个注水站进行注水。

截止2014年底，大庆油田某注水系统建成4类水质的注水站21座、注水泵83台，注水能力39.84×104m3/d，系统运行负荷率63.1%。共有注水(入)井3959口，其中水驱注水井（基础、一次、二次、三次加密井网）1718口，聚驱注入井1592口，三元注入井649口，建成注水干线334 km。

将注水系统中的一部分作业区进行简化（图2），共有5条注水干线，3个注水站。其中1#注水站负责干线1、干线2、干线3和干线4注水；2#注水站负责干线1和干线2注水；3#注水站负责干线3、干线4和干线5注水。形成多个注水站为同1条干线注水，1个注水站为多条干线注水的情况，形成“多对多”的注水管网。这样，若干线2上位于1#注水站和2#注水站中间的井注水量增多或缺失，很难判断是由哪个注水站引起的，不能及时解决问题，造成资源的浪费。

图2 多区块注水系统流程

地面系统注水量的监测以泵站出口流量为准，而注水量的开发预测，即未来给泵站的配水量以区块为研究单元，因此实时监测的目标与计划供水的计算目标不对等，引起计算冗乱现象，无法定量分析某一区块的开发预测与实际注水量的匹配情况，当某一区块出现压力问题或配水水量不足的情况，无法第一时间发现问题的根源[8-12]。

3 区块压力及流量监测

为便于分析各区块的压力及水量的变化情况，及时找到水量丢失或增多的原因，现将图2中的注水管网按照物理距离分成两个区块，在每个区块中再细分成3份。将每个小区域的边界与注水干线的交点取为节点，选取该节点附近的3口注水井泵压的平均值作为该节点的压力。每条注水干线的压力即为所取节点的压力均值，该区块的压力便是该区块内的注水干线压力均值。“由大化小，再由小化大”实现不同区块的压力监测，为合理优化开泵方案提供数据支撑和理论指导。

为对比各区块水量分配情况，现以不同区块的交界处设置流量计，但是贯穿于2个区块的注水干线在交界处的流动方向无法判断。将干线和2个区块交界处的点记为边界点，在其两侧各找3处距离较近的水井，取合适的泵压，根据压差，得到节点处的流体流动方向。根据流量计计算出流入及流出该区块的总水量。公式如下：

式中：Q——该区块中总流量，t/d；

Qi——边界处各点流量，流入为正，流出为负，t/d；

P1、P2、P3、P4——边界处管线两端的压力，Pa。

如图3所示若P2大于P1该区块中水向区块外部流动，流量为Q1；若P3大于P4该区块中水向区块内部流动，流量为Q2。

图3 区块边界流量示意

4 经济效益分析

4.1 结果分析

在油田生产中，基层队按规定每天会上报注水井的泵压，只需从上报的数据中选出节点的压力，工作量并不会显著增加。通过整合现场提供的压力及流量（表1）。在表1中可知每条注水干线的平均压力，进而看出每个区块的平均压力，平均流量。可根据日常数据，及时发现波动区域，找出引起波动的原因，并调整开泵方案，避免资源的浪费。使压油田管理系统增添区块压力和流量实时监测的分页提供可能。

表1 各区块压力及流量

4.2 节能对比

以国内某油田区块注水系统为例，取2016年某一天的注水站运行参数进行分析，各注水站均运行1台泵。通过压力检测，找出影响压力异常的原因，调节开泵方案，使得实际注水量和耗电量明显减小（表2）。通过调整开泵方案，该区块可节约电量近1×104kWh，约6.5万元。

表2 各注水站调整前后运行参数对比

5 结论

1）通过对注水管网进行距离划分，得到边界节点，根据节点平均压力得到注水干线的平均压力，再汇总注水干线的平均压力得到不同区块的平均压力，根据日常压力走势，当某一点出现压力波动时，可迅速找出问题所在。

2）分区块检测注水量，可使理论预测所选的研究单元与实际检测的研究单元对等。直观地检测不同区块的用水量可合理调节开泵方案，提高资源利用率。

3）根据检测所得数据合理调整开泵方案，可有效降低实际注水量和耗电量。

[1]杨胜来，魏俊之.油层物理学[M].北京：石油工业出版社，2004：20-25.

[2]袁恩熙.工程流体力学[M].北京：石油工业出版社，2005：28-33.

[3]周前红.瑞利—泰勒不稳定性的理论研究[D].合肥：中国科学技术大学，2006.

[4]李世军.油田生产系统整体优化理论与方法[D].大庆：东北石油大学，2005.

[5]宁利.油田注水系统仿真与优化控制研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2002.

[6]孙庆友，龙从会，梁文义，等.大庆低渗透油田的综合开发[J].石油规划设计，2003，7（8）：15-20.

[7]曾文.基于遗传算法的油田注水系统生产运行优化研究[D].大庆：东北石油大学，2005.

[8]高爱华.油田地面注水系统规划设计及运行优化技术研究[D].成都：西南石油学院，2005.

[9]丛日庆.注水管网系统模型的计算方法[J].油气田地面工程，2004，5（8）：20-24.

[10]杨建军.油田注水系统智能优化方法研究大庆石油学院[D].大庆：东北石油大学，2005.

[11]魏立新.基于智能计算的油田地面管网优化技术研究[D].大庆：东北石油大学，2005.

[12]袁振中.油田大型注水系统智能优化运行技术研究大庆石油学院[D].大庆：东北石油大学，2006.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.11.012

修丽群，2016年毕业于东北石油大学（油气储运工程专业），从事计量间及油水井管理工作，E-mail：996577741@qq.com，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第三采油厂三矿302队，163000。

2017-07-14

（编辑 沙力妮）

沙漠绿岛石西油田