修麗群（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

油田注水系統(tǒng)監(jiān)測優(yōu)化

修麗群（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

目前國內(nèi)外許多油田為提高采出率，保證地層壓力，均采油注水驅(qū)替的方式補(bǔ)充地層能量進(jìn)行開采。但是開發(fā)多年后，管網(wǎng)的維護(hù)和改造使注水井的配注量發(fā)生了改變，使得在管網(wǎng)系統(tǒng)供水能力富裕的情況下，注水量與需水量不相匹配。而在注水系統(tǒng)中的不同注水站之間相互影響，當(dāng)一個區(qū)域出現(xiàn)注水不足或過剩的情況，很難找出影響它的直接因素，因而造成資源的浪費(fèi)。為解決上述問題，以國內(nèi)某油田某區(qū)塊為研究對象，對注水系統(tǒng)的壓力及水量進(jìn)行監(jiān)控，明確壓力異常原因后，指導(dǎo)開泵方案，降低日耗電量近1×104kWh，約6.5萬元，為油田降本增效提供有力的數(shù)據(jù)支撐和理論指導(dǎo)。

注水系統(tǒng)；壓力檢測；區(qū)塊；節(jié)能優(yōu)化

1 現(xiàn)狀

為保證地層壓力，許多油田均采用注水開發(fā)的方式進(jìn)行開采。在非均質(zhì)多油層砂巖油田的開發(fā)及采收率的提高的過程中，注水開采起到了非常重要的作用[1-2]。近年來，注水工藝的高速發(fā)展有效解決了油藏的層間、層內(nèi)和平面之間的矛盾，提高了注水的波及系數(shù)，有效延長了油田開采壽命，保障了油田的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

受國際油價影響，油田的規(guī)模不斷擴(kuò)大、注水井的數(shù)量不斷增加、作業(yè)施工頻繁，部分水驅(qū)井變?yōu)榫垓?qū)、三元復(fù)合驅(qū)注入井[3-7]，使得在泵站總供水充足的情況下，部分注水井實(shí)際壓力和注水量產(chǎn)生較大缺口，而一些注水井的實(shí)際注水量超出需求量。又由于整體系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的，常出現(xiàn)多個泵站影響一口井的情況，注水不足的井很難找到直接影響它的泵站就行調(diào)整，通常需高價購買清水進(jìn)行補(bǔ)充，增加開采成本。并且從生產(chǎn)實(shí)際來看，多個泵站為一條注水干線注水、同一泵站為多條注水干線注水，這種跨區(qū)塊的、多對多的注采模式使得對某一區(qū)塊的壓力分析和水量監(jiān)測成為難點(diǎn)。針對這些問題，對注水系統(tǒng)的壓力及水量監(jiān)控機(jī)制提出了優(yōu)化方案，可明確分析出導(dǎo)致某一區(qū)塊注水量變化的直接和間接因素，指導(dǎo)優(yōu)化開泵方案，為油田降本增效提供有力的數(shù)據(jù)支撐和理論指導(dǎo)。

2 典型的多區(qū)塊注水系統(tǒng)流程

目前國內(nèi)油田常見的注水單元，采出水經(jīng)處理站凈化引入儲罐，由多個注水泵共同注入到注水干線上，采用“集中注水，單井或多井配水”流程，注水站采用高壓離心注水泵增壓方式集中供高壓水，由許多注水單元構(gòu)成注水系統(tǒng)管網(wǎng)（圖1）。

圖1 注水站注水流程

按照層系和砂巖特點(diǎn)，通常將油田系統(tǒng)按區(qū)塊劃分，不同區(qū)塊有多條注水干線，由多個注水站進(jìn)行注水。

截止2014年底，大慶油田某注水系統(tǒng)建成4類水質(zhì)的注水站21座、注水泵83臺，注水能力39.84×104m3/d，系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷率63.1%。共有注水(入)井3959口，其中水驅(qū)注水井（基礎(chǔ)、一次、二次、三次加密井網(wǎng)）1718口，聚驅(qū)注入井1592口，三元注入井649口，建成注水干線334 km。

將注水系統(tǒng)中的一部分作業(yè)區(qū)進(jìn)行簡化（圖2），共有5條注水干線，3個注水站。其中1#注水站負(fù)責(zé)干線1、干線2、干線3和干線4注水；2#注水站負(fù)責(zé)干線1和干線2注水；3#注水站負(fù)責(zé)干線3、干線4和干線5注水。形成多個注水站為同1條干線注水，1個注水站為多條干線注水的情況，形成“多對多”的注水管網(wǎng)。這樣，若干線2上位于1#注水站和2#注水站中間的井注水量增多或缺失，很難判斷是由哪個注水站引起的，不能及時解決問題，造成資源的浪費(fèi)。

圖2 多區(qū)塊注水系統(tǒng)流程

地面系統(tǒng)注水量的監(jiān)測以泵站出口流量為準(zhǔn)，而注水量的開發(fā)預(yù)測，即未來給泵站的配水量以區(qū)塊為研究單元，因此實(shí)時監(jiān)測的目標(biāo)與計劃供水的計算目標(biāo)不對等，引起計算冗亂現(xiàn)象，無法定量分析某一區(qū)塊的開發(fā)預(yù)測與實(shí)際注水量的匹配情況，當(dāng)某一區(qū)塊出現(xiàn)壓力問題或配水水量不足的情況，無法第一時間發(fā)現(xiàn)問題的根源[8-12]。

3 區(qū)塊壓力及流量監(jiān)測

為便于分析各區(qū)塊的壓力及水量的變化情況，及時找到水量丟失或增多的原因，現(xiàn)將圖2中的注水管網(wǎng)按照物理距離分成兩個區(qū)塊，在每個區(qū)塊中再細(xì)分成3份。將每個小區(qū)域的邊界與注水干線的交點(diǎn)取為節(jié)點(diǎn)，選取該節(jié)點(diǎn)附近的3口注水井泵壓的平均值作為該節(jié)點(diǎn)的壓力。每條注水干線的壓力即為所取節(jié)點(diǎn)的壓力均值，該區(qū)塊的壓力便是該區(qū)塊內(nèi)的注水干線壓力均值?！坝纱蠡?，再由小化大”實(shí)現(xiàn)不同區(qū)塊的壓力監(jiān)測，為合理優(yōu)化開泵方案提供數(shù)據(jù)支撐和理論指導(dǎo)。

為對比各區(qū)塊水量分配情況，現(xiàn)以不同區(qū)塊的交界處設(shè)置流量計，但是貫穿于2個區(qū)塊的注水干線在交界處的流動方向無法判斷。將干線和2個區(qū)塊交界處的點(diǎn)記為邊界點(diǎn)，在其兩側(cè)各找3處距離較近的水井，取合適的泵壓，根據(jù)壓差，得到節(jié)點(diǎn)處的流體流動方向。根據(jù)流量計計算出流入及流出該區(qū)塊的總水量。公式如下：

式中：Q——該區(qū)塊中總流量，t/d；

Qi——邊界處各點(diǎn)流量，流入為正，流出為負(fù)，t/d；

P1、P2、P3、P4——邊界處管線兩端的壓力，Pa。

如圖3所示若P2大于P1該區(qū)塊中水向區(qū)塊外部流動，流量為Q1；若P3大于P4該區(qū)塊中水向區(qū)塊內(nèi)部流動，流量為Q2。

圖3 區(qū)塊邊界流量示意

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 結(jié)果分析

在油田生產(chǎn)中，基層隊(duì)按規(guī)定每天會上報注水井的泵壓，只需從上報的數(shù)據(jù)中選出節(jié)點(diǎn)的壓力，工作量并不會顯著增加。通過整合現(xiàn)場提供的壓力及流量（表1）。在表1中可知每條注水干線的平均壓力，進(jìn)而看出每個區(qū)塊的平均壓力，平均流量?？筛鶕?jù)日常數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)波動區(qū)域，找出引起波動的原因，并調(diào)整開泵方案，避免資源的浪費(fèi)。使壓油田管理系統(tǒng)增添區(qū)塊壓力和流量實(shí)時監(jiān)測的分頁提供可能。

表1 各區(qū)塊壓力及流量

4.2 節(jié)能對比

以國內(nèi)某油田區(qū)塊注水系統(tǒng)為例，取2016年某一天的注水站運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析，各注水站均運(yùn)行1臺泵。通過壓力檢測，找出影響壓力異常的原因，調(diào)節(jié)開泵方案，使得實(shí)際注水量和耗電量明顯減小（表2）。通過調(diào)整開泵方案，該區(qū)塊可節(jié)約電量近1×104kWh，約6.5萬元。

表2 各注水站調(diào)整前后運(yùn)行參數(shù)對比

5 結(jié)論

1）通過對注水管網(wǎng)進(jìn)行距離劃分，得到邊界節(jié)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)平均壓力得到注水干線的平均壓力，再匯總注水干線的平均壓力得到不同區(qū)塊的平均壓力，根據(jù)日常壓力走勢，當(dāng)某一點(diǎn)出現(xiàn)壓力波動時，可迅速找出問題所在。

2）分區(qū)塊檢測注水量，可使理論預(yù)測所選的研究單元與實(shí)際檢測的研究單元對等。直觀地檢測不同區(qū)塊的用水量可合理調(diào)節(jié)開泵方案，提高資源利用率。

3）根據(jù)檢測所得數(shù)據(jù)合理調(diào)整開泵方案，可有效降低實(shí)際注水量和耗電量。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.11.012

修麗群，2016年畢業(yè)于東北石油大學(xué)（油氣儲運(yùn)工程專業(yè)），從事計量間及油水井管理工作，E-mail：996577741@qq.com，地址：黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠三礦302隊(duì)，163000。

2017-07-14

（編輯 沙力妮）

沙漠綠島石西油田