周　兵（中國(guó)石油遼河油田分公司高升采油廠）

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高升油田雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)能耗分布規(guī)律研究及應(yīng)用

周兵（中國(guó)石油遼河油田分公司高升采油廠）

注水系統(tǒng)節(jié)能降耗已成為油田降低生產(chǎn)成本的重要研究課題，而注水設(shè)備是節(jié)能降耗的關(guān)鍵，不但要進(jìn)行提高泵效的研究，更要把注水設(shè)備放在注水系統(tǒng)這個(gè)大環(huán)境中，即研究注水泵站分布、合理的注水半徑、注水管網(wǎng)直徑和走向、單井配注等，以達(dá)到投資最少、注水效果最好、系統(tǒng)效率最高的目標(biāo)。為此，借助注水系統(tǒng)能耗分析計(jì)算機(jī)軟件研究注水系統(tǒng)能耗分布規(guī)律，評(píng)價(jià)出注水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的能耗、效率、注水單耗狀況，找出系統(tǒng)用能存在的薄弱環(huán)節(jié)；并提出有針對(duì)性的調(diào)整改造措施，以此達(dá)到提高整體注水系統(tǒng)效率，降低油田區(qū)塊開(kāi)發(fā)成本。

注水系統(tǒng)節(jié)能降耗能耗分布規(guī)律效率開(kāi)發(fā)成本

高升采油廠雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)有注水站1座，計(jì)量站5座，單井點(diǎn)4座，注水井44口，日注水量2300 m3左右，注水井壓力相差大，注水系統(tǒng)使用年限長(zhǎng)，系統(tǒng)能耗高；因此，借助注水系統(tǒng)能耗分析計(jì)算軟件，開(kāi)展注水系統(tǒng)能耗分布規(guī)律研究，找出系統(tǒng)用能存在的薄弱環(huán)節(jié)，并提出有針對(duì)性的調(diào)整改造措施，以此達(dá)到提高注水系統(tǒng)效率，降低油田區(qū)塊開(kāi)發(fā)成本的目的。

1　研究?jī)?nèi)容

1）開(kāi)展雷家注水系統(tǒng)能耗評(píng)價(jià)方法研究。根據(jù)雷家注水系統(tǒng)現(xiàn)狀，通過(guò)建立注水系統(tǒng)及其用能單元的能量平衡分析模型，確定相應(yīng)的能耗評(píng)價(jià)及分析指標(biāo)［1］，主要包括注水泵機(jī)組效率、注水站效率、注水站內(nèi)泵管能損率、注水管網(wǎng)能損率、配水間能損率、注水井井口閥能損率、地面注水系統(tǒng)效率等。

2）開(kāi)展雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)能耗測(cè)試方案制定，測(cè)試內(nèi)容主要包括注水泵機(jī)組效率、注水站效率、注水管網(wǎng)能損以及配水間能損測(cè)試等。

3）開(kāi)展雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)水力分析計(jì)算方法及其修正技術(shù)研究。根據(jù)注水管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用流體力學(xué)理論研究建立系統(tǒng)水力分析計(jì)算方法，針對(duì)理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際計(jì)算結(jié)果誤差較大的問(wèn)題，采用最優(yōu)化擬合技術(shù)對(duì)水力計(jì)算模型進(jìn)行修正。

4）對(duì)雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)能耗測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，確定系統(tǒng)能耗分布規(guī)律，找出用能存在的薄弱環(huán)節(jié)。

5）制定雷家注水系統(tǒng)效率提升調(diào)整改造方案。根據(jù)區(qū)塊注水系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)狀，制定合理的注水系統(tǒng)調(diào)整改造方案，確定提高系統(tǒng)效率的方法。

2　現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

2.1管網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

對(duì)區(qū)塊的注水系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，核定區(qū)塊注水系統(tǒng)管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，落實(shí)干線和支線的管線布置、節(jié)點(diǎn)分布、閥門以及各注水站和配水間的具體位置，對(duì)部分注水站和配水間的管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。主要測(cè)試內(nèi)容包括：采用PT878超聲波流量計(jì)和精密壓力表測(cè)試注水站、配水間的各管線的壓力和出口流量；采用Fluke435電能質(zhì)量分析儀測(cè)試注水站的注水泵及單井增注泵的電能消耗量。

2.2注水系統(tǒng)能耗測(cè)試

根據(jù)注水系統(tǒng)測(cè)試要求，在對(duì)注水管網(wǎng)所涉及到的注水站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，了解注水站站內(nèi)管網(wǎng)分布情況，記錄注水站注水所涉及的設(shè)備參數(shù)。

1）注水泵電動(dòng)機(jī)能耗測(cè)試。高升油田雷家注水系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)有2種型號(hào)，分別是Y355L-4和Y2-355-4，對(duì)電動(dòng)機(jī)的測(cè)試主要利用電參數(shù)綜合測(cè)試儀測(cè)出電動(dòng)機(jī)的電壓、電流、功率因數(shù)和有功功率等。

2）注水站內(nèi)能耗測(cè)試。依據(jù)注水系統(tǒng)注水站內(nèi)能耗計(jì)算方法，需要測(cè)試注水泵入口壓力、出口壓力、實(shí)際排量，測(cè)試注水站各出口管線的壓力和流量，從而計(jì)算出注水站內(nèi)各部分的能量損失。

3）配水間內(nèi)能耗測(cè)試。按照雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)配水間內(nèi)管網(wǎng)分布（圖1），對(duì)注水管網(wǎng)所涉及的7個(gè)配水間（分布在5個(gè)計(jì)量站）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，了解各配水間的注水情況，測(cè)試各配水間的輸入壓力（干線壓力）以及所包括各注水井的壓力（油壓）和流量，從而計(jì)算出配水間各部分能量損失及注水井的有效能量。

2.3注水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)單元能耗計(jì)算分析

根據(jù)測(cè)出的注水站出口流量和出口壓力，結(jié)合測(cè)試的各配水間的流量壓力數(shù)據(jù)和電能消耗量，利用注水系統(tǒng)能耗分析計(jì)算機(jī)軟件，統(tǒng)計(jì)出雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)單元的能量分布，主要包括泵機(jī)組能耗、站—間管網(wǎng)能耗、增注泵能耗、配水間內(nèi)管網(wǎng)能耗、注水井有效能耗等部分。通過(guò)對(duì)區(qū)塊注水系統(tǒng)的4次測(cè)試和計(jì)算結(jié)果，統(tǒng)計(jì)出區(qū)塊注水系統(tǒng)能量分布結(jié)果（表1）。

從表1可以看出（以第1次測(cè)試計(jì)算數(shù)據(jù)為例），啟用1、3、4注水泵，注水泵機(jī)組輸入功率為566.5 kW，注水泵輸出功率469.7 kW，注水泵機(jī)組損失96.7 kW，泵機(jī)組效率82.9%，泵注水單耗6.3 kWh/m3。注水泵輸出功率分配給2個(gè)環(huán)節(jié)：從注水站到配水間管線損失功率18.1 kW；進(jìn)入配水間功率451.6 kW。進(jìn)入配水間的能量也分配給2個(gè)環(huán)節(jié)：注水前閥門節(jié)流損失功率21.3 kW；輸出到注水井有430.3 kW。增注泵輸入功率119.4 kW，輸出功率23.6 kW，損失功率95.7 kW，增注泵效率19.8%。加上增注泵增加的功率，進(jìn)入井口的功率為454.3 kW，井口閥門節(jié)流150.6 kW，真正注入注水井的有效功率只有303.7 kW；注水系統(tǒng)效率44.3%，注水系統(tǒng)單耗7.6 kWh/m3。

圖1　雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)配水間管網(wǎng)

表1　注水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)單元能耗分析

3　調(diào)整方案制定

根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果，雷家注水系統(tǒng)能耗最大的2個(gè)環(huán)節(jié)是井口節(jié)流損失和增注泵機(jī)組損失［2］。井口節(jié)流損失大的主要原因是由于進(jìn)入井口壓力太高，注水井所需要的壓力較小，這個(gè)較大的壓差造成井口節(jié)流損失大。增注泵機(jī)組能耗高的主要原因是由于增注泵實(shí)際的排量和壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于增注泵額定的排量和壓力，造成增注泵工作在低效率區(qū)域，增注泵機(jī)組能耗就大；并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際制定2項(xiàng)調(diào)節(jié)措施。

3.1井口增注泵調(diào)節(jié)措施

針對(duì)增注泵測(cè)試計(jì)算結(jié)果可知，現(xiàn)場(chǎng)有32口噴頭壓井，其增壓值大于或等于10 MPa的只有5口，一半以上的井增壓都小于7 MPa；而所選用的增壓泵額定增壓值都大于10 MPa，一半以上是15 MPa。況且，增壓井注水量都在5 m3/h，90%的井注水量都在3 m3/h以下；而所選用的增壓泵額定排量都大于3 m3/h，超過(guò)75%的增注泵額定排量大于4 m3/h。因此，從對(duì)比可以看出，雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)所選用的增注泵與實(shí)際增注井不匹配，造成增注泵效率偏低，絕大部分增注泵的效率在40%以下，平均效率為21%。對(duì)目前的增壓泵進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定各井所需的注水壓力值，根據(jù)不同的注水壓力需要選用不同的增壓泵，這樣可以提高增壓泵的工作效率。目前所用的增壓泵額定效率都在65%左右，可以提高效率40%以上。

3.2注水系統(tǒng)整體降壓

根據(jù)泵壓的計(jì)算公式和結(jié)果可以確定，管線壓降、凈揚(yáng)程降低后，系統(tǒng)對(duì)泵壓的需求減少，這就為降低泵壓創(chuàng)造了條件。系統(tǒng)壓力需求降低后，再采用水泵減級(jí)、葉輪車削、變頻等改變水泵特性措施降低泵壓，同時(shí)對(duì)壓力需求高的注水井必須予以增壓方可滿足注水要求［3］。由于增壓的流量小于降壓的流量，因此可達(dá)到節(jié)能的目的。這種“大流量降壓、小流量增壓”的方法也是注水系統(tǒng)節(jié)能的基本措施之一。因此，綜合考慮注水系統(tǒng)注水泵性、注水管網(wǎng)壓力、注水井注入量和注入壓力等影響因素，以降低系統(tǒng)能耗為目標(biāo)制定降壓2 MPa運(yùn)行方案，優(yōu)化調(diào)整注水泵的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于注水量欠注的注水井，采取局部增壓方法解決。

4　效果分析

1）增注泵效率提高。通過(guò)增壓泵的選型更換，增壓泵的效率提高了40%。按目前的增壓泵輸功率30kW計(jì)算，年節(jié)電64.7×104kWh，而按0.681 9元/kWh計(jì)算，則年節(jié)電費(fèi)約為44.12萬(wàn)元。

2）注水系統(tǒng)整體降壓。通過(guò)對(duì)注水泵降壓2 MPa后注水泵壓力為16.6 MPa，流量不變?yōu)?1 m3/h，注水泵機(jī)組效率為85%，消耗功率493.7 kW，節(jié)省功率66 kW；按增流量8.93 m3/h、最大壓力2.0 MPa、增注泵效率60%計(jì)算，則增注泵消耗功率為8.3 kW，年節(jié)電可達(dá)50.5×104kWh，年節(jié)電費(fèi)約為34.44萬(wàn)元。

5　結(jié)論

通過(guò)系統(tǒng)效率的測(cè)試計(jì)算，可以根據(jù)能耗分布規(guī)律適當(dāng)采取以下措施，以提高整體注水系統(tǒng)的效率：

1）研究注水系統(tǒng)各用能單元的能量平衡分析模型，找尋能量分布規(guī)律，可以為提高注水系統(tǒng)效率提供強(qiáng)有力的技術(shù)數(shù)據(jù)支持。

2）針對(duì)增壓泵機(jī)組效率低的現(xiàn)場(chǎng)，采取“大流量降壓、小流量增壓”的方法，是注水系統(tǒng)節(jié)能的有效措施之一，即通過(guò)增注泵選型，實(shí)現(xiàn)增壓泵與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注水需求合理匹配，可以達(dá)到提升注水系統(tǒng)效率的目的。

3）針對(duì)配水間節(jié)流損失較大的注水系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)注水系統(tǒng)整體降壓的節(jié)能改造措施，可以適當(dāng)?shù)販p少配水間的節(jié)流損失和管閥的節(jié)流損失，也能達(dá)到提高注水系統(tǒng)效率。

［1］梁光川，鄭云萍，彭自學(xué)，等.油田地面注水系統(tǒng)效率分析［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，23（2）：62-65.

［2］豐國(guó)斌.油田注水系統(tǒng)節(jié)能［J］.石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，1996（2）：7-9.

［3］陸躍軍.雙河油田注水系統(tǒng)節(jié)能分析和改造方案初探［J］.華北油田設(shè)計(jì)，1998（1）：39-45.

霧霾天佩戴口罩堅(jiān)守崗位

12月1日，北京石油和平里加油站員工在霧霾天里堅(jiān)守崗位給顧客加油。當(dāng)日，北京現(xiàn)空氣重污染過(guò)程，這是自今年3月31日《北京市空氣重污染應(yīng)急預(yù)案》修訂后，首次啟動(dòng)橙色級(jí)別的預(yù)警，也是今年首個(gè)空氣重污染橙色預(yù)警。北京石油迅速啟動(dòng)環(huán)境保護(hù)應(yīng)急預(yù)案，為崗位員工配發(fā)口罩，對(duì)各加油站油氣回收設(shè)備、設(shè)施著重加強(qiáng)密閉檢查，做到特殊天氣平穩(wěn)供油。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.003

2015-04-14）

周兵，工程師，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（石油工程專業(yè)），從事油田集輸系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行管理工作，E-mail：zhoubing19750810@126.com，地址：遼寧省盤錦市遼河油田高升采油廠集輸大隊(duì)，124125。