水驱供注质量管理实践及其应用

滕少臣，邹越，陆洋，徐景旸

中国石油大庆油田有限责任公司 第二采油厂工程技术大队（黑龙江 大庆163414）

0 引言

注水工作在油田生产中的作用越来越重要,准确可靠的高压注水计量不仅可以降低注水管网压损，提升管网系统运行效率，而且有利于提升油田注水开发效果[1]。大庆油田自开发建设生产以来，单井注水计量由20世纪60年代的角接式机械湿式水表，发展到70年代角接式机械干式水表[2]。目前使用的注水仪表主要分为高压注水表和磁电流量计两种[3]。高压注水表主要由叶轮、磁转动机构、整流器、指示计数器等部件组成[4]，利用高压注水在管道流动时,对涡轮叶片作用使其旋转,通过测量旋转的速率来确定流速。按照国家检定规程JJG 162—2009《冷水水表》的规定:检定周期为1年。但由于注水压力高、水质等诸多因素,为了保证注水计量的准确性,我厂将高压注水表的检定周期缩短为6个月,磁电流量计的检定周期为12个月[5]。

但在实践中发现,注水仪表在检定周期内超差率仍然很高,给水驱供注质量造成较大影响，迫切需要通过对影响水驱供注质量的原因进行反复查找、分析、论证及对误差的判断方法和解决办法充分发挥精准注水对原油产量的保障作用。

1 水驱供注质量可靠性研究PDCA过程控制

根据单井不同注入量区间，从第一到第六作业区随机选取在线运行的122块DN50口径高压注水表（表1），在不进行清洗的情况下，在确认测试车配套的测试流量计满足精度要求的条件下，分别采用室外测试流量计和室内标准检定装置对其检定测试，剖析影响水驱供注质量的原因。

表1 不同注入量区间测试高压注水表数量统计表

2 水驱供注质量可靠性研究计划

通过技术团队讨论，对于水驱供注质量的研究重点是从高压注水表检定测试平均误差情况、产生原因分析等方面开展工作，达到保证水驱供注质量可靠性可实现性。

2.1 水驱供注质量配套仪表的平均误差情况

在室内检定测试中，将高压注水表的检定流量点由国家检定规程规定的3个点增加到5个点。经室内标准检定装置检定，122块高压注水表的平均误差数据如绿色线所示，前期采用室外测试流量计，在工况下抽样测试的17口井误差数据如红色线所示（图1）。

从图1可以看出，在高压注水表的分界流量点108 m3/d（4.5 m3/h）以下，工况情况下误差大，平均为+27.9%，室内检定情况下误差小，平均为-6.8%；分界流量点108 m3/d（4.5 m3/h）以上，工况情况下误差大，平均为+4.8%，室内检定情况下误差小，平均为-3.4%；全量程范围内，工况情况下平均误差大，平均为+24.8%，室内检定情况下误差小，平均为-6.4%，随着流量的增加，工况情况下和室内检定情况下，误差均呈减小趋势。

图1 不同注入量区间的误差曲线

2.2 水驱供注质量误差原因分析

综合考虑高压注水表工作原理、检定条件和工作环境，重点从实注水量、注入水质、注入压力3个因素。分析高压注水表误差大的原因。

1）实注水量对计量误差的影响。经统计，我厂配注量在100 m3/d及以下的井数2 359口，比例达到78.2%，这部分井的配注量低于DN50口径高压注水表的分界流量108 m3/d。高压注水表在分界流量点以上运行允许误差小（±2%），分界流量点以下运行允许误差大（±5%），这是仪表自身特性导致的，也就是说，水表在分界流量以上工作时允许误差小，在分界流量以下工作时允许误差大是客观的（各流量点及其最大允许误差见表2）。单井注水水表流量计量范围与实际注水配注参数不匹配，导致采集数据误差增大[6]。

表2 DN50高压注水表使用、检定流量分布及允许误差

2）注入水质对计量误差的影响。现场选取的122块高压注水表中，有41块注水表存在表内凝油（如图2（a）所示）、泥砂堵塞（如图2（b）所示）、叶轮挂油、杂质附着、杂质堵塞等情况，占总表数的33.6%（表3）。

图2 水质对高压注水表转动部件的影响

表3 水质影响对注水表误差的影响

水质影响下，堵塞部位不同，导致高压注水表正负误差不定，进水孔堵塞时，出现正偏差；水表机械转动机构受阻时，出现负偏差，堵塞严重时，叶轮会出现卡死情况（表4）。

表4 堵塞部位不同对高压注水表误差的影响

为了进一步验证高压注水表进水孔截面积变小时，对计量误差的影响，对同一块新表的3个进水孔进行封堵测试。

当进水口堵塞15%时，不同流量点的平均误差为2.9%；进水口堵塞25%时，不同流量点的平均误差为17.6%；进水口堵塞40%时，不同流量点的平均误差为42.3%。从封堵测试数据上看，随着封堵面积增大，进水孔截面积缩小，流速增大，叶轮转速增加，导致误差逐渐变大（图3）。

图3 不同封堵情况下各流量点的误差变化情况

3）注入压力对计量误差的影响。现场注水压力在10 MPa以上，标准检定装置工作压力在0.4 MPa左右。为了验证注入压力对计量误差的影响，从122块高压注水表中选取了6块分别进行工况下测试和室内标准检定装置检定（表5）。

表5 检定条件与工况条件误差对比表

从测试数据上看，分界流量点（108 m3/d）以下，工况条件平均误差+45.36%，检定条件平均误差-4.62%；分界流量点以上，工况条件下平均误差+6.31%，检定条件下平均误差+0.31%。

可以看出，由于现场注入压力高（10 MPa以上），室内标准检定装置工作压力低（0.4 MPa），工况条件下的注水表工作压力和室内检定压力的悬殊是导致注水表误差大的原因，且工况下为正误差，室内检定条件下是负误差，图1的两条曲线也体现出这一结果。

3 水驱供注质量可靠性的实践效果

鉴于高压注水表精度受实注水量、注入水质、注入压力综合影响，为加强水驱供注质量管理，提高计量精度，采取以下控制和规避措施。

3.1 改善水质

水质提高对计量准确率至关重要，要抓好源头保水质、节点提效果工作[7]，加强水质和洗井管理等工作,为今后深入搞好注水工作提供依据[8-10]，加大注入水质治理力度，提高注入水质质量，同时避免维修和更新注水管线时杂草、塑料等杂物进入管道，以降低水质对注水表计量精度的影响。

3.2 选择DN25口径高压注水表

因DN25口径高压注水表的分界流量点为25.2 m3/d，建议经工艺改造和更新表壳，将配注量在100 m3/d以下DN50口径的高压注水表，调整更换为DN25口径的高压注水表。

3.3 选择涡街流量计

现场使用的高压注水表是机械式仪表，受水质和压力影响大，且78.2%的注水表工作在分界流量点以下，选用测量线性度好、计量精度高且无机械转动部件的涡街（或电磁）流量计[10]，解决分界流量点以下计量误差大的问题，随着厂数字化油田建设的推进逐步更换。

通过上述措施，确保了水源井—干线—配水间—单井计量误差小于±5%，达到了预期目标。

4 结论

在油井挖潜措施日益减少的情况下,“注好水”是油田稳产的重中之重,基于水驱供注质量管理问题，综合运用质量可靠性设计技术，设计误差追溯流程和试验方法，通过试验分析影响水驱供注质量的因素，并采取针对性的质量保障、控制和规避措施，提高仪表计量准确性的治理效果，进一步提高水驱供注质量，为油田注水精密计量提供依据。