王吉福 畢晶晶 陳新偉 卓世虎 姜軍（中國(guó)石油塔里木油田分公司）

油田注水系統(tǒng)降低能耗對(duì)策研究

王吉福 畢晶晶 陳新偉 卓世虎 姜軍（中國(guó)石油塔里木油田分公司）

某油田注水站注水泵管泵壓差4.5 MPa，注水泵單耗14.84 kWh/m3，標(biāo)耗1.14 kWh/（m3·MPa），注水系統(tǒng)效率僅23.07%，注水能耗及效率都遠(yuǎn)小于國(guó)內(nèi)平均水平。通過(guò)計(jì)算該油田注水系統(tǒng)能耗，分析注水高能耗原因，提出了注水泵變頻改造、更換小排量注水泵、優(yōu)化注水管網(wǎng)等對(duì)策。實(shí)施這些措施可使注水能耗降低約24.56%，注水系統(tǒng)效率增加約30.56%，為油田降低注水系統(tǒng)機(jī)泵運(yùn)行能耗和提高注水系統(tǒng)效率提供了借鑒。

油田注水單耗標(biāo)耗注水效率能耗對(duì)策

1 注水系統(tǒng)概況

1.1污水處理現(xiàn)狀

聯(lián)合站日接收污水約4200 m3，現(xiàn)共有兩套污水處理裝置，單套污水處理量約2800 m3/d，目前運(yùn)行兩套污水處理裝置，處理量4200 m3/d（圖1）。

圖1 聯(lián)合站污水來(lái)源示意圖

聯(lián)合站注水系統(tǒng)有離心式注水泵5臺(tái)，功率1250 kW，揚(yáng)程為2160 m，其中1臺(tái)排量100 m3/h，另外4臺(tái)排量120 m3/h。單臺(tái)注水泵供水能力2400～2750 m3/d。目前聯(lián)合站兩臺(tái)注水泵工頻運(yùn)行，出口壓力為23 MPa，單臺(tái)注水泵實(shí)際注水量約1900 m3/d。

1.2注水現(xiàn)狀

注水系統(tǒng)有兩條注水干線，實(shí)際運(yùn)行壓力18.5 MPa。1#干線負(fù)責(zé)7口注水井和3口污水回灌井，注水和回灌量約2300 m3/d，2#干線負(fù)責(zé)3口注水井和2口污水回灌井，注水和回灌量約1500 m3/d。地質(zhì)注水井配注量1000 m3/d，實(shí)際注水約800 m3/d，污水回灌井合計(jì)回灌量約3000 m3/d。

部分注水井和回灌井參數(shù)見(jiàn)表1。

2 注水系統(tǒng)能耗計(jì)算

1）注水泵輸入、輸出功率計(jì)算：

輸入功率按以下公式計(jì)算：

N1=W/H

式中：N1為單臺(tái)注水泵輸入功率，kW；W為注水泵用電量，kWh；H為泵的運(yùn)行時(shí)間，h。

輸出功率按以下公式計(jì)算：

N2=（P1-P2）G/3.6

式中：N2為單臺(tái)注水泵的輸出功率，kW；P1為注水泵出口壓力，MPa；P2為注水泵進(jìn)口壓力，MPa；G為注水泵的流量，m3/h。

注水泵機(jī)組平均效率[1]=（∑N2/∑N1）×100%

2）注水系統(tǒng)單耗和標(biāo)耗計(jì)算：

平均井口油壓=∑（單井井口油壓×單井注水量）/∑單井注水量

注水系統(tǒng)單耗[1]=注水系統(tǒng)總耗電量/總注水量

注水系統(tǒng)標(biāo)耗[1]=注水系統(tǒng)單耗/平均井口油壓

3）注水系統(tǒng)效率計(jì)算：

注水系統(tǒng)效率[1]=[（平均井口油壓×∑單井注水量-注水泵進(jìn)口平均壓力×∑單個(gè)注水泵進(jìn)口流量）/（3.6×∑單個(gè)注水泵電動(dòng)機(jī)輸入功率）]× 100%

3 注水系統(tǒng)高能耗原因分析

經(jīng)計(jì)算，注水系統(tǒng)平均注水泵效43.6%，注水單耗14.84 kWh/m3，注水標(biāo)耗1.14 kWh/（m3·MPa），注水系統(tǒng)效率23.07%。

表1 部分注水井和回灌井運(yùn)行參數(shù)

分析注水系統(tǒng)高能耗原因如下：

1）聯(lián)合站注水泵額定功率1250 kW、額定排量120 m3/h，工頻運(yùn)行。聯(lián)合站日處理污水約4200 m3，注水井日配注量1000 m3。因此，如果啟運(yùn)1臺(tái)注水泵則無(wú)法滿足全部污水回注或回灌要求；如果啟運(yùn)2臺(tái)注水泵則出現(xiàn)注水泵給水量不足，需要頻繁啟停1臺(tái)注水泵現(xiàn)象，注水泵運(yùn)行工況與現(xiàn)實(shí)要求不匹配。

2）由于不同時(shí)期油田開(kāi)發(fā)配注量的調(diào)整以及洗井等原因，使油層注入壓力和注入量處于變化中。為了適應(yīng)注水量變化的需求，一般通過(guò)人工調(diào)整注水泵運(yùn)行數(shù)量和調(diào)節(jié)注水泵出口閥門開(kāi)度來(lái)控制流量，注水泵出口壓力為23 MPa，而干線壓力為18.5 MPa，因此注水泵機(jī)組在嚴(yán)重節(jié)流狀態(tài)下運(yùn)行，使得注水泵運(yùn)行偏離了高效區(qū)，且閥門處于節(jié)流狀態(tài)加快了閥門的沖蝕。根據(jù)注水系統(tǒng)單耗計(jì)算公式，當(dāng)注水泵的排出量減少，而耗電量不變的情況下，必然造成能耗的升高。

3）注水井和回灌井共用注水管網(wǎng)，井口注水壓力差別大。油田開(kāi)發(fā)初期產(chǎn)水量小，沒(méi)有污水回灌情況。隨著油田開(kāi)發(fā)程度的不斷深入，綜合含水率上升，產(chǎn)水量遠(yuǎn)大于注水需求，為了保護(hù)環(huán)境需消耗多余的污水，因而增加污水回灌井。由于塔中四油田地處偏遠(yuǎn)，為降低成本，將污水回灌管網(wǎng)直接串接在注水管網(wǎng)上，使得注水井和回灌井共用一套注水管網(wǎng)。注水井井口注水壓力高，回灌井井口回灌壓力低，注水與回灌壓差約8 MPa，綜合計(jì)算注水系統(tǒng)平均注水油壓低。根據(jù)注水系統(tǒng)標(biāo)耗和效率計(jì)算公式，當(dāng)注水系統(tǒng)井口平均油壓降低時(shí)，注水系統(tǒng)標(biāo)耗升高、效率下降。

4 降低注水能耗對(duì)策

通過(guò)原因分析可知，要降低注水系統(tǒng)能耗，主要應(yīng)從以下三方面入手：注水泵要適應(yīng)目前的運(yùn)行工況；減少管泵壓差；提高平均井口注水壓力，保證注水系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

4.1注水泵變頻改造

為了適應(yīng)目前的運(yùn)行工況，改變啟運(yùn)2臺(tái)注水泵工頻運(yùn)行不節(jié)能的局面，考慮對(duì)注水泵進(jìn)行變頻改造。變頻器是通過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)改變頻率，從而改變泵的轉(zhuǎn)速來(lái)控制泵排量，離心泵的轉(zhuǎn)速改變帶來(lái)的功率消耗是原轉(zhuǎn)速情況下的立方比關(guān)系，所以可以降低大量能量消耗。聯(lián)合站5臺(tái)注水泵，選擇其中2臺(tái)泵實(shí)施變頻改造，根據(jù)注水量需求組合變頻泵與工頻泵啟運(yùn)數(shù)量，可滿足不同注水工況下的注水量要求，降低了能耗。

4.2更換小排量注水泵

目前油田注水量約4000 m3/d（170 m3/h），預(yù)測(cè)未來(lái)5～10年內(nèi)不會(huì)有大的變化，因此，更換2臺(tái)注水泵（額定排量為60 m3/h）可滿足正常注水需求，避免因閥門節(jié)流而增大注水泵管壓差。

4.3優(yōu)化注水管網(wǎng)

塔中油田已建立了完整的注水井洗井水回收管網(wǎng)，所有注水井、回灌井均有洗井流程將洗井水全部回收到聯(lián)合站污水蒸發(fā)池。經(jīng)過(guò)工藝流程改造，利用洗井管網(wǎng)低壓輸水至污水回灌井井口，再通過(guò)井口增壓進(jìn)行污水回灌，實(shí)現(xiàn)注水和回灌分離，同時(shí)滿足注水井洗井需求。

塔中油田注水井井口平均油壓17.2 MPa，回灌井井口平均油壓9.3 MPa，整個(gè)注水系統(tǒng)平均井口注水壓力12.03 MPa。因此，如果將注水井與回灌井分開(kāi)注水，則注水系統(tǒng)平均井口壓力將增大約5.17 MPa。根據(jù)能耗計(jì)算公式可計(jì)算得出注水標(biāo)耗將降至0.86 kWh/（m3·MPa），注水系統(tǒng)效率將增加到30.12%。與目前現(xiàn)狀相比，注水能耗減少約24.56%，注水系統(tǒng)效率增加約30.56%。

[1]徐秀芬,梁士軍,王學(xué)文,等.SY/T5264—2012油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法.北京:石油工業(yè)出版社, 2013.

10.3969/j.issn.2095-1493.2014.012.005

2014-08-12）

王吉福，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），主要從事油田注水管理工作，E-mail：iamuping@163.com，地址：新疆庫(kù)爾勒塔指小區(qū)塔中勘探開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部塔中作業(yè)區(qū)，841000。