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        臺(tái)肇地區(qū)注水系統(tǒng)節(jié)能措施及效果

        2018-12-28 07:22:12劉瑞雪大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠
        石油石化節(jié)能 2018年11期
        關(guān)鍵詞:泵壓柱塞泵節(jié)電

        劉瑞雪(大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠)

        1 現(xiàn)狀

        臺(tái)肇地區(qū)自2000年投產(chǎn)以來,一直沿用柱塞泵注水工藝和單泵多井注入流程[1]。受儲(chǔ)層物性差、層間和平面非均質(zhì)性強(qiáng)的影響,進(jìn)入中高含水階段以來,部分注水井出現(xiàn)了壓力高、吸水差甚至不吸水的狀況。為滿足個(gè)別井的注入需求,注配間增壓柱塞泵需要輸出較高的壓力,大幅度增加了注水系統(tǒng)的能耗。針對存在的問題和潛力,遵循以整個(gè)注水系統(tǒng)降壓節(jié)電,注配間至井口耗能節(jié)點(diǎn)全面治理,地面、采油和油藏的整治措施相互綜合為技術(shù)思路,重點(diǎn)針對高壓欠注井和單井壓力差異大的注配間應(yīng)用分壓注水、變頻調(diào)速、管線清洗和改造、酸化洗井、方案優(yōu)化等技術(shù)措施,強(qiáng)化精細(xì)管理和精準(zhǔn)治理,開展節(jié)能降耗工作。

        臺(tái)肇地區(qū)注水系統(tǒng)目前共有注水井278口,注水管線272.86 km,聯(lián)合站1座,水質(zhì)處理站2座,注配間29座,柱塞泵96臺(tái),日注水能力3300 m3,年耗電量444.94×104kWh。注入水經(jīng)水質(zhì)處理站處理后,低壓輸至注配間,再經(jīng)小排量柱塞泵升壓后,高壓輸至注水井。單座注配間內(nèi)通常設(shè)置1~4臺(tái)柱塞泵,并聯(lián)運(yùn)行,連接多口注水井[1-2]。

        2 存在的問題

        2.1 柱塞泵運(yùn)行壓力高,能耗較大

        臺(tái)肇地區(qū)受儲(chǔ)層滲透率低影響,注水井注入壓力較高,普遍高于15 MPa,22 MPa以上的井占比40%以上,各個(gè)注配間柱塞泵的泵壓為22.52~22.9 MPa,較高的泵壓意味著較高的耗電量。

        2.2 低壓注水井憋壓,截流耗能

        臺(tái)肇地區(qū)受儲(chǔ)層非均質(zhì)性影響,不同注水井注入壓力高低有別,即使對于同一注配間,注入壓力也相差較大。以ZH212隊(duì)的8個(gè)注配間為例,注水壓力相差幅度普遍高于3 MPa(表1)。對于單泵多井注入流程,注入壓力最高的井決定了柱塞泵的注入壓力,注入壓力相對較低的井則需要依靠閥門調(diào)節(jié)壓力,注水井憋壓,泵壓損失較大,截流造成大量電能浪費(fèi)。

        表1 ZH212隊(duì)注配間水井現(xiàn)場數(shù)據(jù)

        2.3 單井爭水搶水嚴(yán)重,注水波動(dòng)

        對于單泵多井注入流程,泵排量一定,現(xiàn)場利用閥門控制水量,高壓注水井閥門幾乎全部打開,低壓井閥門輕微開啟。注入水中的機(jī)械雜質(zhì)可造成低壓井閥門堵塞,管線震動(dòng)易引發(fā)低壓井閥門關(guān)閉,致使多余水量流向高壓井,給設(shè)備管理帶來一定困難,平穩(wěn)注水難度較大。

        2.4 管線腐蝕結(jié)垢

        臺(tái)肇地區(qū)部分注水管線使用年限較長,管壁結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重,注水壓力損失較大,增加了無效的能耗,加之部分老化的復(fù)合管,出現(xiàn)穿孔、滲漏、損壞等現(xiàn)象[3],對注水系統(tǒng)效率產(chǎn)生負(fù)面影響。

        3 節(jié)能降耗措施

        臺(tái)肇地區(qū)注水系統(tǒng)節(jié)能降耗工作以注配間降壓節(jié)電為目標(biāo),通過單井、管線、注配間“兩點(diǎn)一線”開展治理工作,按照地面設(shè)備改造、降壓增注措施、地質(zhì)方案優(yōu)化相結(jié)合的思路,深化注水系統(tǒng)能耗挖潛。鑒于注水井可以按照配注完成情況分為兩類:多數(shù)的正常井,注入壓力高低有別;少數(shù)的欠注井,注入壓力接近泵壓。針對前者,注重從注配間地面設(shè)備改造入手,通過采取分壓注水、安裝變頻器、管線改造等措施,力圖將注入壓力接近的井接入統(tǒng)一柱塞泵;針對后者,注重利用采油工程和油藏工程的手段從單井入手,通過利用酸化解堵、化學(xué)洗井和方案優(yōu)化等措施,力圖將高壓欠注井降壓。

        3.1 正常注水井

        3.1.1 分壓注水

        分壓注水針對同一注配間注水壓力差別,按壓力區(qū)間設(shè)計(jì)雙匯管流程,合理的匹配注水壓力,將注水壓力大小接近的注水井歸為一類,劃分高、低兩個(gè)區(qū)域,采用相應(yīng)泵壓的柱塞泵注水。以M801隊(duì)8#注配間為例(表2),該間共有12口注水井,2臺(tái)柱塞泵,注水壓力13~22.65 MPa,柱塞泵出口壓力均設(shè)在23 MPa。經(jīng)流程改造后,將注水井劃分13~18 MPa和18~23 MPa兩個(gè)壓力系統(tǒng),分別由2臺(tái)不同的柱塞泵分壓注水,柱塞泵最高壓力分別為19 MPa和23 MPa。這樣既可減輕由于壓力差距太大而造成搶水現(xiàn)象,又能減少泵管壓差損失,提高注水系統(tǒng)效率、降低能耗、減少成本。全年累計(jì)節(jié)電7.34×104kWh。

        表2 M801隊(duì)注配間分壓注水前后數(shù)據(jù)對比

        3.1.2 變頻調(diào)速

        變頻調(diào)速裝置通過調(diào)節(jié)柱塞泵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[4],使得泵的排量減小,不需要柱塞泵打回流來控制注水量。當(dāng)注水系統(tǒng)中水井出現(xiàn)開關(guān)井、方案調(diào)整時(shí),充分利用各注配間已有的變頻器,根據(jù)注配間實(shí)際注水情況及變頻調(diào)速的特性來獲取所需注水量,在滿足注水需求的同時(shí),實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)供水和柱塞泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行二者兼顧。2017年臺(tái)肇地區(qū)9個(gè)注配間實(shí)現(xiàn)柱塞泵閉環(huán)控制,維修變頻18次,全年累計(jì)節(jié)電 18.8×104kWh。

        3.1.3 空穴射流清洗管線

        由于注水管線腐蝕、結(jié)垢導(dǎo)致壓力損失,針對周期注水井、冬關(guān)井,推廣空穴射流清洗技術(shù),該技術(shù)利用用流體力學(xué)中的空穴效應(yīng)[5],對于注水管線內(nèi)壁附著的污油、死蠟、無機(jī)垢、機(jī)械雜質(zhì)和細(xì)菌及其分泌物,能夠起到很好的清理作用。2017年清洗管線長度25 715 m,在清洗器端口共計(jì)清出油垢、污泥約8 t,管線清洗后壓力損失平均減少0.5 MPa,平均流量增加20 m3/h,節(jié)電5.3×104kWh,達(dá)到注水管網(wǎng)節(jié)能降耗的目的;此外,管線清洗后,從端口處可見管線內(nèi)壁變得整潔光滑,呈現(xiàn)出金屬光澤,可有效地減緩腐蝕結(jié)垢速度。

        3.1.4 管線改造

        針對部分老化管線結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重,注水生產(chǎn)時(shí)壓力損失大、刺漏狀況頻發(fā)等問題,2017年完成17條腐蝕老化注水管線、1條注水干線的改造,將管線材質(zhì)由復(fù)合管改為無縫鋼管,改造總長度16.3 km,涉及17口注水井,對應(yīng)注配間柱塞泵降壓 0.5 MPa,節(jié)電 4.2×104kWh。

        3.2 高壓欠注井

        針對部分欠注井注入壓力高,并導(dǎo)致注配間泵壓較高的情況,在采油工程方面,選取5個(gè)注配間8口欠注井開展酸化解堵施工,選取34口欠注井開展化學(xué)洗井,措施后注配間柱塞泵壓力降低1.0~2.0 MPa,累計(jì)節(jié)約電量16.3×104kWh,在降壓增注的同時(shí)兼顧了節(jié)能降耗。

        對于油井壓力、產(chǎn)液量、含水相對較高的“三高”井組,從油藏工程角度,對連通注水井進(jìn)行方案跟蹤調(diào)整,對高含水層下調(diào)水量,降低無效注水,2017年對21口井、39個(gè)注水層段進(jìn)行了注水方案優(yōu)化,控制無效注入水9.4×104m3,累計(jì)節(jié)約電量15.09×104kWh,在平衡注采關(guān)系的同時(shí)兼顧了節(jié)水節(jié)電。

        4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

        1)個(gè)別高壓注水井導(dǎo)致柱塞泵泵壓高,增加了注水系統(tǒng)能耗。

        2)以單井、注配間和管線為治理對象,采取閉環(huán)控制、分壓注水、空穴射流清洗管線、老化管線改造、酸化解堵、化學(xué)洗井、方案優(yōu)化等綜合性治理措施,取得了一定的節(jié)能降耗效果,累計(jì)節(jié)電67.03×104kWh。

        3)從系統(tǒng)工程角度來看,以降低泵壓作為節(jié)能的直接手段,面向單井、管線與注配間,綜合應(yīng)用地面工程、采油工程和油藏工程的措施開展綜合性節(jié)能降耗工作,對注水系統(tǒng)節(jié)能降耗有一定的指導(dǎo)意義。

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