梁晶 馬明桃

（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國石油大學(xué)（華東））

油田注水系統(tǒng)能耗指標計算方法探討

梁晶1馬明桃2

（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國石油大學(xué)（華東））

反映油田注水系統(tǒng)的能耗指標有很多，但在評價不同的注水系統(tǒng)時又沒有一個單一的指標可以直接進行比較。通過分析現(xiàn)有常用指標的適用性及原理，指出了這些指標在應(yīng)用中存在的問題，同時分析注水系統(tǒng)能耗指標的影響因素，并研究如何消除這些因素引起的指標值的不可比，最終找到一個能夠以數(shù)值大小直接反映不同注水系統(tǒng)之間能耗水平的指標。

注水系統(tǒng)；能耗指標；單位壓力注水量電耗

1 注水系統(tǒng)能耗指標現(xiàn)狀

分析注水系統(tǒng)能耗狀況的指標有很多，比較常用的包括注水系統(tǒng)效率、單位注水量電耗、單位壓力注水量電耗等，這些指標各有特點，但在應(yīng)用上都存在一定的問題，就是不同條件下的指標數(shù)值往往不能直接對比出好壞，或者指標本身可比，況且指標計算難度大，應(yīng)用困難，評價不準確。

注水系統(tǒng)效率[1]是一個綜合考慮注水泵效率、電動機效率和管網(wǎng)效率[2]的指標，其表達式為

式中：η——注水系統(tǒng)效率，%；

可以看出，要想計算出注水系統(tǒng)的整體效率，必須首先檢測泵效率、電動機效率和管網(wǎng)效率，而這些數(shù)據(jù)往往難以大批量一次性測得。對于油田，每年采取抽測的辦法對泵進行效率檢測。從數(shù)據(jù)上來看，泵效數(shù)據(jù)的波動范圍很大，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差，很大一部分原因是與檢測時的各種環(huán)境條件及設(shè)備條件有關(guān)。因此，很難及時獲取準確全面的注水系統(tǒng)效率指標數(shù)據(jù)，且管網(wǎng)效率數(shù)據(jù)更是無法準確測量，難以獲取大量、準確的指標數(shù)據(jù)，最終導(dǎo)致了指標的不可用。

單位注水量電耗是油田注水生產(chǎn)用電量與注水量的比值[3]，其表達式為

式中：Dzs——單位注水量電耗，kWh/m3；

Pzs——油田注水用電量，kWh；

Gzs——油田注水量，m3。

從計算式中可以看出，計算指標所需要的注水量、耗電量都是油田常規(guī)的生產(chǎn)或能耗采集數(shù)據(jù)，比較容易取得；因此，指標在一定程度上解決了系統(tǒng)效率指標應(yīng)用中存在的問題，但指標本身的數(shù)值大小并不可比。例如，不同的壓力系統(tǒng)，指標數(shù)值必然不同，壓力等級高、注水量大的注水系統(tǒng)，指標值也會比較高，不能單一依靠指標值的大小評價注水系統(tǒng)能耗水平的高低。

單位壓力注水量電耗指標，是在單位注水量電耗指標中，加入了對注水壓力的考慮，消除了不同壓力等級注水系統(tǒng)對指標值的影響，其表達式為

式中：Dyzs——單位壓力注水量電耗，kWh/(m3·MPa)；

Pz——油田注水壓力，MPa。

但由于指標中的油田注水壓力用的是注水站泵出口壓力核算，因此，指標的數(shù)值大小仍然不能直接作為評價注水系統(tǒng)能耗水平的依據(jù)。這里舉一個簡單假設(shè)的例子：對于兩套注水系統(tǒng)，注水站泵出口壓力均為15 MPa，由于管理方式及管網(wǎng)的實際情況不同，第一套注水系統(tǒng)的沿程損失為2 MPa，即實際有效的注入壓力為13 MPa，而第二套注水系統(tǒng)的沿程損失為4 MPa，即實際有效的注入壓力為11 MPa（圖1）。

圖1 兩套注水系統(tǒng)示意圖

假設(shè)其他所有條件兩套注水系統(tǒng)均相同，顯然，第一套注水系統(tǒng)的能量損失更小，有效注入能量[4]更多，那么它的能耗指標值理應(yīng)好于第二套注水系統(tǒng)；然而應(yīng)用單位壓力注水量電耗指標得出的結(jié)論卻不盡然。在這兩種情況下，由于注水站泵出口壓力均是15 MPa，得出單位壓力注水量電耗指標是一致的，因此，不能評價哪套系統(tǒng)能耗水平更好。

通過以上研究，出現(xiàn)以上指標不可比的問題的根本在于，指標本身考慮的影響因素中，未考慮一些必然會影響指標變動的因素，這些因素直接或間接導(dǎo)致了指標的不可比。比如，注水單耗指標考慮了注水量卻沒有考慮注水壓力，單位壓力注水量電耗指標雖然考慮了注水壓力，但考慮的并不是有效注入壓力。

因此，想找到一個可以直接反映注水系統(tǒng)能耗水平，并且其值的大小可以直接進行比較的指標，需要首先考慮影響注水系統(tǒng)能耗的因素都有哪些，是否有可能將所有的影響因素歸集到指標中反映出來，從而消除這些因素的影響。

2 影響注水系統(tǒng)能耗指標的主觀和客觀因素

在《油田注水系統(tǒng)能耗指標及其影響因素分析》[5]一文中總結(jié)了注水系統(tǒng)能耗指標的影響因素，在此基礎(chǔ)上，對影響因素進行了進一步的完善，得出注水系統(tǒng)能耗指標影響因素[6]（圖2）。

在這些影響因素中，并不是每一個因素都要全面考慮其對能耗指標的影響，需要考慮的是那些很難人為改變的又直接能夠影響指標大小的因素。據(jù)此，可以將影響因素分為主觀和客觀因素。

1）主觀因素：人為可以改變，并隨著技術(shù)及管理水平的改變而改變的因素。這類因素會對研究能耗指標的高低大小產(chǎn)生影響，但通過人為控制或技術(shù)提升，可以降低影響程度。比如注水系統(tǒng)的注水泵機組效率，效率越高，自然各能耗指標值會降低；然而泵機組效率是可以通過換泵、調(diào)泵、優(yōu)化等措施進行干預(yù)。因此，泵機組效率并不是一個根本的影響因素，而且由于泵機組效率可能是眾多影響因素中的一個，也并不能就此判斷注水系統(tǒng)的能耗指標高低。主觀因素的意義是在進行評價后，為了分析原因從而對評價對象進行改進所需要深入研究的因素。例如，當注水系統(tǒng)的能耗指標被評價認為過低時，可以從泵機組效率、管網(wǎng)效率等方面入手考慮，通過對這些因素的分析找出造成指標過低的原因，從而進行改進。

2）客觀因素：現(xiàn)實存在的，很難通過人為努力而改變的因素，這些因素的不同直接導(dǎo)致指標數(shù)據(jù)的不可比。比如注水壓力，要滿足地層需求，必須提供足夠的注水壓力，而不同的注水壓力又勢必引起能耗指標的變化；因此，注水壓力不同的兩套系統(tǒng)的能耗指標不可直接對比。客觀因素的意義在于為了在執(zhí)行評價時消除或者平衡不可比因素，盡量保證被評價的對象處在同一可比的水平。

根據(jù)上述思路，得出注水系統(tǒng)的主、客觀因素分別包括：設(shè)備因素和管網(wǎng)運行因素，即注水泵運行效率、電動機運行效率、管網(wǎng)運行效率、注水管網(wǎng)工藝等；管網(wǎng)因素（高程變化），地層因素（注水壓力、注水量）。

3 單位壓力注水量電耗的計算方法

由以上分析可知，需要在指標中消除注水壓力及注水量兩個因素的影響，且注水壓力為實際有效的注入壓力，因此，引出了井口平均注水壓力的概念。

圖2 影響注水系統(tǒng)能耗指標的因素

井口平均注水壓力，是對整個注水系統(tǒng)中各單井的壓力和注水量綜合考慮的因素，采用加權(quán)平均的計算方法，將兩個因素的影響綜合考慮。計算井口平均注水壓力公式為

在單位注水量電耗的基礎(chǔ)上，應(yīng)用井口平均注水壓力進一步核算每單位壓力的注水量電耗，得到的指標計算式為

這個單位壓力注水量電耗的指標值，既可解決之前指標不可比的問題，又可很好地反映出注水系統(tǒng)實際的能耗水平。有效注入能量大的注水系統(tǒng)，其指標值必然小于有效注入能量小的注水系統(tǒng)。

對于平原地區(qū)，或高程起伏變化不大的地區(qū)，應(yīng)用井口平均注水壓力核算的單位壓力注水量電耗可以很好地適用。即使高程起伏變化較大，也可以計算一個附加能耗，對指標進行簡單的修正即可使不同高程條件下的注水系統(tǒng)能耗水平變的可比。

4 結(jié)論

通過以上分析可得，應(yīng)用井口平均注水壓力核算的單位壓力注水量電耗指標能夠很好地反映注水系統(tǒng)能耗水平，同時不同注水系統(tǒng)的該指標值可以直接進行對比（高程不同需另外考慮進行修正），相比用泵出口壓力核算的指標更合理。建議標準中考慮對單位壓力注水量電耗指標的計算方法進行修改。

[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，2001，23（2）：62-65.

[2]中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司.低滲透油田注水系統(tǒng)能耗分析指標與測試計算方法：Q/SYCQ 3403—2010[S].西安，2010.

[3]石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標準化技術(shù)委員會.石油企業(yè)耗能用水統(tǒng)計指標與計算方法：SY/T 6722—2016[S].北京：石油工業(yè)出版社，2016.

[4]劉雨薇，楊凱.注水系統(tǒng)能耗計算分析[J].遼寧化工，2016（7）：900-902.

[5]梁晶，毛建國，呂亳龍.油田注水系統(tǒng)能耗指標及其影響因素分析[J].石油石化節(jié)能，2016，6（3）：37-39.

[6]徐仲其.注水系統(tǒng)效率影響因素分析與對策[J].江漢石油職工大學(xué)學(xué)報，2012，25（2）：20-22.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.04.006

2016-12-19

（編輯 李發(fā)榮）

梁晶，工程師，2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）（油氣儲運工程專業(yè)），從事油田節(jié)能降耗方面的研究工作，E-mail:jing.liang@petrochina.com.cn，地址：北京市海淀區(qū)志新西路3號中國石油規(guī)劃總院，100083。