台肇地区注水系统节能措施及效果
2018-12-28刘瑞雪大庆油田有限责任公司第七采油厂
刘瑞雪(大庆油田有限责任公司第七采油厂)
1 现状
台肇地区自2000年投产以来,一直沿用柱塞泵注水工艺和单泵多井注入流程[1]。受储层物性差、层间和平面非均质性强的影响,进入中高含水阶段以来,部分注水井出现了压力高、吸水差甚至不吸水的状况。为满足个别井的注入需求,注配间增压柱塞泵需要输出较高的压力,大幅度增加了注水系统的能耗。针对存在的问题和潜力,遵循以整个注水系统降压节电,注配间至井口耗能节点全面治理,地面、采油和油藏的整治措施相互综合为技术思路,重点针对高压欠注井和单井压力差异大的注配间应用分压注水、变频调速、管线清洗和改造、酸化洗井、方案优化等技术措施,强化精细管理和精准治理,开展节能降耗工作。
台肇地区注水系统目前共有注水井278口,注水管线272.86 km,联合站1座,水质处理站2座,注配间29座,柱塞泵96台,日注水能力3300 m3,年耗电量444.94×104kWh。注入水经水质处理站处理后,低压输至注配间,再经小排量柱塞泵升压后,高压输至注水井。单座注配间内通常设置1~4台柱塞泵,并联运行,连接多口注水井[1-2]。
2 存在的问题
2.1 柱塞泵运行压力高,能耗较大
台肇地区受储层渗透率低影响,注水井注入压力较高,普遍高于15 MPa,22 MPa以上的井占比40%以上,各个注配间柱塞泵的泵压为22.52~22.9 MPa,较高的泵压意味着较高的耗电量。
2.2 低压注水井憋压,截流耗能
台肇地区受储层非均质性影响,不同注水井注入压力高低有别,即使对于同一注配间,注入压力也相差较大。以ZH212队的8个注配间为例,注水压力相差幅度普遍高于3 MPa(表1)。对于单泵多井注入流程,注入压力最高的井决定了柱塞泵的注入压力,注入压力相对较低的井则需要依靠阀门调节压力,注水井憋压,泵压损失较大,截流造成大量电能浪费。
表1 ZH212队注配间水井现场数据
2.3 单井争水抢水严重,注水波动
对于单泵多井注入流程,泵排量一定,现场利用阀门控制水量,高压注水井阀门几乎全部打开,低压井阀门轻微开启。注入水中的机械杂质可造成低压井阀门堵塞,管线震动易引发低压井阀门关闭,致使多余水量流向高压井,给设备管理带来一定困难,平稳注水难度较大。
2.4 管线腐蚀结垢
台肇地区部分注水管线使用年限较长,管壁结垢、腐蚀严重,注水压力损失较大,增加了无效的能耗,加之部分老化的复合管,出现穿孔、渗漏、损坏等现象[3],对注水系统效率产生负面影响。
3 节能降耗措施
台肇地区注水系统节能降耗工作以注配间降压节电为目标,通过单井、管线、注配间“两点一线”开展治理工作,按照地面设备改造、降压增注措施、地质方案优化相结合的思路,深化注水系统能耗挖潜。鉴于注水井可以按照配注完成情况分为两类:多数的正常井,注入压力高低有别;少数的欠注井,注入压力接近泵压。针对前者,注重从注配间地面设备改造入手,通过采取分压注水、安装变频器、管线改造等措施,力图将注入压力接近的井接入统一柱塞泵;针对后者,注重利用采油工程和油藏工程的手段从单井入手,通过利用酸化解堵、化学洗井和方案优化等措施,力图将高压欠注井降压。
3.1 正常注水井
3.1.1 分压注水
分压注水针对同一注配间注水压力差别,按压力区间设计双汇管流程,合理的匹配注水压力,将注水压力大小接近的注水井归为一类,划分高、低两个区域,采用相应泵压的柱塞泵注水。以M801队8#注配间为例(表2),该间共有12口注水井,2台柱塞泵,注水压力13~22.65 MPa,柱塞泵出口压力均设在23 MPa。经流程改造后,将注水井划分13~18 MPa和18~23 MPa两个压力系统,分别由2台不同的柱塞泵分压注水,柱塞泵最高压力分别为19 MPa和23 MPa。这样既可减轻由于压力差距太大而造成抢水现象,又能减少泵管压差损失,提高注水系统效率、降低能耗、减少成本。全年累计节电7.34×104kWh。
表2 M801队注配间分压注水前后数据对比
3.1.2 变频调速
变频调速装置通过调节柱塞泵的电动机转速[4],使得泵的排量减小,不需要柱塞泵打回流来控制注水量。当注水系统中水井出现开关井、方案调整时,充分利用各注配间已有的变频器,根据注配间实际注水情况及变频调速的特性来获取所需注水量,在满足注水需求的同时,实现平稳供水和柱塞泵经济运行二者兼顾。2017年台肇地区9个注配间实现柱塞泵闭环控制,维修变频18次,全年累计节电 18.8×104kWh。
3.1.3 空穴射流清洗管线
由于注水管线腐蚀、结垢导致压力损失,针对周期注水井、冬关井,推广空穴射流清洗技术,该技术利用用流体力学中的空穴效应[5],对于注水管线内壁附着的污油、死蜡、无机垢、机械杂质和细菌及其分泌物,能够起到很好的清理作用。2017年清洗管线长度25 715 m,在清洗器端口共计清出油垢、污泥约8 t,管线清洗后压力损失平均减少0.5 MPa,平均流量增加20 m3/h,节电5.3×104kWh,达到注水管网节能降耗的目的;此外,管线清洗后,从端口处可见管线内壁变得整洁光滑,呈现出金属光泽,可有效地减缓腐蚀结垢速度。
3.1.4 管线改造
针对部分老化管线结垢、腐蚀严重,注水生产时压力损失大、刺漏状况频发等问题,2017年完成17条腐蚀老化注水管线、1条注水干线的改造,将管线材质由复合管改为无缝钢管,改造总长度16.3 km,涉及17口注水井,对应注配间柱塞泵降压 0.5 MPa,节电 4.2×104kWh。
3.2 高压欠注井
针对部分欠注井注入压力高,并导致注配间泵压较高的情况,在采油工程方面,选取5个注配间8口欠注井开展酸化解堵施工,选取34口欠注井开展化学洗井,措施后注配间柱塞泵压力降低1.0~2.0 MPa,累计节约电量16.3×104kWh,在降压增注的同时兼顾了节能降耗。
对于油井压力、产液量、含水相对较高的“三高”井组,从油藏工程角度,对连通注水井进行方案跟踪调整,对高含水层下调水量,降低无效注水,2017年对21口井、39个注水层段进行了注水方案优化,控制无效注入水9.4×104m3,累计节约电量15.09×104kWh,在平衡注采关系的同时兼顾了节水节电。
4 结论及认识
1)个别高压注水井导致柱塞泵泵压高,增加了注水系统能耗。
2)以单井、注配间和管线为治理对象,采取闭环控制、分压注水、空穴射流清洗管线、老化管线改造、酸化解堵、化学洗井、方案优化等综合性治理措施,取得了一定的节能降耗效果,累计节电67.03×104kWh。
3)从系统工程角度来看,以降低泵压作为节能的直接手段,面向单井、管线与注配间,综合应用地面工程、采油工程和油藏工程的措施开展综合性节能降耗工作,对注水系统节能降耗有一定的指导意义。