油田注水综合降耗措施及效果分析

2021-08-25王琦大庆油田有限责任公司第十采油厂

石油石化节能 2021年8期

王琦（大庆油田有限责任公司第十采油厂）

1 概况

油田注水系统耗电约占总耗电的30%[1]，如何控制生产操作成本，有效降低注水能耗已经成为节能研究的方向，也是亟待解决的问题。通过对注水系统进行能耗调查，紧紧围绕单元设备效率、管网效率、注水区域平衡等问题进行研究[2]，开展了高压离心注水泵涂膜技术现场试验，同时应用系统仿真优化技术对注水系统生产运行优化，并对目前系统存在的问题提出改造建议。通过采取措施取得了较好的经济效益，并为油田注水系统节能挖潜积累成熟的可借鉴经验。

A油田地面注水系统建成投产注水站11座，运行9座，其中地面清水注水站5座，地下水注水站3座，含油污水回注站1座。共有注水泵40台，单井采用单干管多井、单干管单井配水两种注水工艺流程，实现含油污水、地面清水两种水质分质注水。

2 存在问题

1）高压离心注水泵效率低。5座地面清水注水站采用DF-100型离心泵实施注水，共有高压离心注水泵16台，运行时间均超过15年。由于离心注水泵运行时间较长，泵内部叶轮等部件腐蚀、结垢较为严重，水力损失逐渐增大，泵水单耗上升，泵效平均57.8%，造成了电能的浪费，离心注水站能耗统计见表1。

表1 离心注水站能耗统计

2）注水区域不平衡，部分注水站运行注水泵负荷率较低，导致系统单耗较高。运行的9座注水站中的5座地面清水注水站共运行注水泵6台，年均运行负荷率为80.9%，负荷率低的站有3座站，其中A注水站为68.1%，D注水站69.8，E注水站为65.1%，需对系统管网进行调整以优化生产运行。

3 主要措施

针对注水系统中存在的问题，分析注水系统的主要节能潜力在管网运行和注水设备方面[3]，主要做了以下三项的工作，一是应用仿真优化技术，指导系统生产运行，并对管网存在的问题提出改造方案；二是应用高压注水泵涂膜技术，提高注水泵效，降低泵水单耗；三是将DF100型离心泵更换为五柱塞泵，降低注水耗电[4]。

3.1 注水系统仿真优化

开展以注水管网和泵站为基础、以生产数据库为依托，建立基于系统仿真优化。通过系统的仿真优化运行，确定注水系统调整改造方案，降低注水单耗和提高注水效率。

3.1.1 研究的主要内容

1）系统动态仿真研究。针对注水系统建立仿真模型，确定合理的边界条件，对优化的多组系统参数进行计算机仿真实验，能够模拟当前注水状况，显示注水水流在管网中的流动状态，实现注水水量调度的计算机管理，达到优化系统生产运行[5]。

2）注水站配置、运行优化研究。建立注水井－配水间－地面管网－注水站整个大系统的参数优化模型，确定合理的边界条件，编制优化软件，对注水系统运行参数进行优化研究，得出不同阶段的系统压力、流量等参数，确定注水系统优化开泵方案和合理的注水工艺流程。

3）注水管网改造优化设计研究。以提高注水管网效率，减少能耗为目标，对注水管网进行优化研究，确定注水管网的最佳压力分布，对现行管网中出现压降损失较大的部位作部分调整，以现有的注水管网情况，通过仿真计算，分别对注水站、注水管道、配水间进行分析调整[6]。

3.1.2 完成的主要工作及成果

经过对注水系统部分调整，在满足注水井注水量的前提下，5座注水站由一、二季度运行6台注水泵变为三季度运行5台，注水泵平均泵效由57.6%提高到59.1%，注水单耗下降0.16，运行泵负荷率从二季度的78.5%提高到三季度的89.1%。负荷率提高的注水站分别为：A注水站负荷率从80.8%提高到97.1%；B注水站负荷率从90.4%提高到95.6%；D注水站负荷率70.4%提高到98.3%。注水站前后能耗对比见表2。

表2 注水站前后能耗对比

3.2 应用高压离心注水泵涂膜技术

注水泵涂膜技术作为一项成熟有效的节能措施，对于提高注水泵的运行效率效果显著，因此对泵效较低的注水泵，采用了该项技术[7]。

选择了目前环状管网中运行的5台DF高压离心注水泵进行现场试验。目的是通过注水泵涂膜技术应用，改善泵体内水力磨阻，减小水力损失，使泵低耗高效运行[8]。节能测试数据见表3，可见5台泵涂膜后平均泵效提高了4.39个百分点，注水单耗降低了0.48kWh/m3，节电率为5.44%。

表3 节能测试数据

3.3 应用大排量五柱塞工艺代替离心注水工艺

由于采用的DF-100型离心注水泵自身结构等原因，泵效较低，相比于柱塞泵能耗较高[9]。为降低注水泵能耗，在A注水站安装了2台105m3/h的五柱塞泵代替离心泵注水，以探索大排量注水泵增压注水的适应性和可靠性。柱塞泵安装以来，系统运行稳定，达到了GB/T9234—2019《机动往复泵》国家标准的要求[10]，日常运行维护情况见表4。目前设备已稳定运行2年时间，节能测试结果表明，泵效率为94.2%、单耗为4.79kWh/m3，在相同工况下与DF-100离心泵相比，单耗降低3.2kWh/m3，日可节电0.8×104kWh，节电率为40%。