杏北油田注水系统运行能耗控制措施及效果分析

2020-07-24于晓大庆油田有限责任公司第四采油厂

石油石化节能 2020年7期

于晓（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

注水是油田开发的重要环节，注水系统的稳定运行关系到油田开发效果。同时，注水也是油田生产的耗电大户，注水系统耗电约占油田生产耗电的1/3，注水系统的高效低耗运行关系到油田的开发效益。随着杏北油田基础井网、一次加密、二次加密、三次加密和三次采油开发的推进，杏北油田逐步建成了普通水注水系统、深度水注水系统及三采注水系统三套注水系统[1]。

1 注水系统能耗升高的原因分析

1.1 注水泵扬程与管网压力不匹配

注水系统站库管网建设原则为注水站在相对居中位置建设，站内泵管压差宜控制在0.5 MPa 以内[2]，站外压力损失不宜超过1 MPa，因此注水泵扬程按照注水井最高破裂压力加1.5 MPa 设计。在实际运行中系统井网压力相对较低，平均为12.1 MPa。

1）部分注水泵扬程设计过高，导致泵管压差增大。杏六联注水站2 台D300-150×11 型注水泵，泵额定扬程为1 683 m。投产后该站1#和2#注水泵平均运行泵压为16.6 MPa，平均出站管压为15.3 MPa，平均泵管压差达到1.3 MPa，平均泵水单耗5.83 kWh/m3，最高泵水单耗为6.45 kWh/m3，较普通注水系统平均运行单耗高0.76 kWh/m3。普通注水系统井网平均注水压力为11.71 MPa，管网需求压力为14.2～15 MPa，杏六联注水站2台注水泵额定扬程偏高，供需能力不平衡，导致运行效率降低，注水泵运行能耗增加。

2）部分注水泵减级后扬程降低，管网压力过高时无法高效运行。杏二十四注水站1#注水泵进行减级后，泵水能力和运行单耗发生较大波动。分析发现，以系统管网压力14.5 MPa为界，低于14.5 MPa时，该泵泵水能力基本维持在额定排量及以上（平均泵水能力10 119 m3/d），泵水单耗维持较低水平（平均泵水单耗4.8 kWh/m3）；高于14.5 MPa 时，该泵泵水能力显著降低（平均泵水能力6 291 m3/d，超过16.0 MPa 后，泵水能力仅为5 152 m3/d），同时泵水单耗显著增加（平均泵水单耗6.36 kWh/m3，最高连续16 天平均8.50 kWh/m3）。二十四注水站注水泵减级后泵水单耗随管压的散点分布见图1。

图1 二十四注水站注水泵减级后泵水单耗随管压的散点分布

表1 普通注水系统各区域参数对比

1.2 高压阀组节流损失大

注水泵出口到与外网连通工艺管线共涉及4 级阀门，分别是止回阀、电动阀、手动闸阀和手动截止阀。高压阀门开度小或工艺管线弯头多等原因都会造成局部节流损失增大。小组成员通过对全厂注水站调查发现，除了三采杏二十五联注水站经过二元调配阀组间外，其它均为常规流程。经对比分析，杏二十五联注水站高压水经二元调配站水量分配后，阀组后压力平均为13.5 MPa，最低12.8 MPa，注水站泵后汇管压力平均为16.1 MPa，该站平均泵管压差达到2.6 MPa，节流损失率严重超标，杏二十五注水站高压阀组截流示意图见图2。

图2 杏二十五注水站高压阀组截流示意图

1.3 区域间负荷不均衡造成能耗偏高

通过表1 可知，杏一～三区东、西部普通注水系统区域供过于求矛盾突出，平均管网压力较其他区域高0.5 MPa 左右，区域泵水单耗较系统平均值高0.13 kWh/m3。

分析发现，近几年受地层储层条件变化和高渗层封堵等因素影响，部分普通网注水井进行水质适应性调整，由“20，20，5”调整为“5，5，2”，导致普通注水系统不同区域井网需求水量差异较大[3]。其中，杏一～三区东、西部普通井网需求水量为1.03×104m3/d，而区域内注水站额定泵水能力为1.44×104m3/d，受管网疏导能力限制，区域局部供过于求矛盾突出，导致泵水单耗增加。

2 注水系统运行能耗控制措施及效果

2.1 对注水泵扬程高的杏六注水站进行减级改造

针对杏六注水站注水泵扬程明显过高的问题，为提高注水泵泵效和降低泵水单耗，对该站注水泵实施减级改造[4]。同时，考虑系统井网压力后期上升可能性，决定只对该站1#注水泵实施减级改造，保留2#注水泵的高压运行能力，作为井网需要压力升高时的备用泵。改造后，注水泵的实际运行压力由17.15 MPa 下降为15.84 MPa，平均泵管压差由2.55 MPa 下降为0.72 MPa，注水泵运行泵水单耗由6.03 kWh/m3下降为 5.79 kWh/m3，下降 0.24 kWh/m3，实现月节电5.76×104kWh。

2.2 优化低效泵运行

针对分析发现的，杏二十四注水站1#注水泵以14.5 MPa 为界泵水能力和泵水单耗发生突变的规律，与注水站管理人员结合，要求杏二十四注水站在系统管网压力低于14.5 MPa 时启运1#注水泵，达到节能降耗的目的，在管网压力高于14.5 MPa 时，运行该站同排量不同扬程的2#注水泵[5]，通过该项措施，保证了该站平均运行泵水单耗不超过5.80 kWh/m3。

2.3 降低高压阀组局部截流损失

针对杏二十五注水站高压阀组截流损失大的问题，研究对该站二元调配站配水流程进行优化简化改造[6]。具体改造为：切断高压阀组与高压碱系统和高压表活剂系统的连通，增加来水管线与出水管线的连通汇管，降低局部节流损失，杏二十五注水站二元调配站高压阀组改造示意图见图3。

图3 杏二十五注水站二元调配站高压阀组改造示意图

优化汇管连通后，在相同启泵条件的基础上，该站泵管压差由2.6 MPa 下降到1.1 MPa，节流损失率降低8.75%，该站平均泵水单耗由5.77 kWh/m3下降到5.64 kWh/m3。

2.4 优化井网负荷降低供需矛盾

针对杏一～三区东、西部普通注水系统区域供过于求矛盾突出的问题，将杏一～二区东部II 块5 座聚驱后注入站高压来水管线就近挂接普通注水干线[7-8]。通过合理优化聚驱后注入站高压供水关系，将5 座注入站分别调整至普通网的杏1-3 排主线、杏1-3 排复线和杏2-1 排主线。调整后区域内普通注水量增加3 205 m3/d，有效缓解区域内普通系统供注矛盾，使区域管网压力由15.7 MPa降低到14.6 MPa，在满足注水井注水需求的基础上，提高了系统运行效率，降低注水能耗，阶段平均泵水单耗由5.7 kWh/m3下降到 5.47 kWh/m3。