宋鑫 宋泓霖 劉杰 朱培海(中國石化勝利油田分公司)
勝利油田經(jīng)過50余年的開發(fā)建設(shè),大部分主力油田進(jìn)入高含水開發(fā)階段。隨著含水上升,能耗總量和強(qiáng)度呈逐年上升趨勢,如何降低老油田生產(chǎn)能耗,提高生產(chǎn)效益,實現(xiàn)綠色低碳開發(fā),成為亟須解決的難題。
油田原油生產(chǎn)涵蓋油藏、機(jī)采、集輸、注水、電力等多個系統(tǒng),涉及地質(zhì)、工藝、注采、生產(chǎn)等多個部門,其能耗占分公司總能耗的90%以上。以往針對某一系統(tǒng)“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”,某個專業(yè)單一作戰(zhàn)、某項單一技術(shù)推廣的方式,已滿足不了油田節(jié)能降碳的需求。為此,于2015年提出了開展“注采結(jié)構(gòu)調(diào)整實現(xiàn)節(jié)能”的理念,同時選取孤東油田四區(qū)3-4和勝坨油田二區(qū)沙二9-10兩個單元,開展注采結(jié)構(gòu)一體化調(diào)整節(jié)能先導(dǎo)實驗[1]。針對單元存在的注采不均衡、噸油能耗差異大、機(jī)采系統(tǒng)效率低等主要矛盾,配套實施注水、采油工藝調(diào)整,達(dá)到了控水穩(wěn)油、減緩遞減的目的。實施注采優(yōu)化51井次,減少無效產(chǎn)液量616 t/d,縮減無效注水量480 m3/d,增油3.6 t/d。投入資金713萬元,年節(jié)能效益185.3萬元,靜態(tài)投資回收期3.8年。
在此基礎(chǔ)上,于2016年創(chuàng)新建立了“以聯(lián)合站為中心、油藏為龍頭”的節(jié)能理念,按照“地下優(yōu)先、井筒優(yōu)化、地面配套”的思路,在孤東油田東三聯(lián)區(qū)域?qū)嵤┝俗⒉奢斠惑w化能效提升工程。對油藏進(jìn)行產(chǎn)液、注水結(jié)構(gòu)調(diào)整,限制無效低效產(chǎn)液,增加有效高效產(chǎn)液。根據(jù)油藏需求,實施井筒舉升、地面集輸、供電系統(tǒng)配套工藝能效優(yōu)化,實現(xiàn)區(qū)域能效最大化的目標(biāo)。
孤東油田東三聯(lián)區(qū)域管轄油井561口、水井284口,日產(chǎn)液32 945 t,含水率達(dá)97.27%;區(qū)域年耗能量為17 404.76 t標(biāo)煤,區(qū)域噸油氣綜合能耗為55.6 kg標(biāo)煤。
1)油井產(chǎn)出液平均含水率高達(dá)97.3%,其中含水率大于98%的液量占到60%,造成系統(tǒng)存在無效提液、無效循環(huán)、無效加熱、無效處理等問題。
2)聯(lián)合站進(jìn)站液量壓力為0.43 MPa,區(qū)域內(nèi)單口油井增加揚(yáng)程20 m,年增加機(jī)采系統(tǒng)耗電量151.69×104kWh。
1)油藏系統(tǒng)。注采不均衡,高含水液量采液強(qiáng)度高、低含水液量采液強(qiáng)度低,存在低效無效提液、注水。
2)機(jī)采系統(tǒng)。部分油井系統(tǒng)效率低,有24%的油井系統(tǒng)效率低于30%。原因包括:地層能量不足,出砂導(dǎo)致水井欠注、油井低液;油井沉沒度大,造成泵的沖程損失增大;桿柱偏磨,能耗增加;電動機(jī)負(fù)載率低,存在負(fù)荷不足現(xiàn)象。
3)集輸系統(tǒng)。三相分離器分水效果差,存在加熱爐為高含水液量加熱現(xiàn)象。東三聯(lián)區(qū)域主要為化學(xué)驅(qū)開發(fā),油品性質(zhì)偏差,站內(nèi)三相分離器破乳能力不足,原設(shè)計三相分離器原油出口含水率50%,實際出口含水率82%,從而導(dǎo)致了后續(xù)加熱系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷增加。
4)注水系統(tǒng)。因管線結(jié)垢導(dǎo)致壓降損失大。
以油藏為龍頭,以聯(lián)合站為中心,以提高能效為目標(biāo),對油藏進(jìn)行注采結(jié)構(gòu)調(diào)整,在保證產(chǎn)油量穩(wěn)定的前提下,降低高含水液量,增加低含水液量,減少進(jìn)入聯(lián)合站的處理液量,降低注入、提液和聯(lián)合站處理能耗。在此基礎(chǔ)上,對地面配套系統(tǒng)進(jìn)行工藝、技術(shù)或設(shè)備改造,提高整個系統(tǒng)的能源利用效率。
油藏系統(tǒng)主要是通過限提并舉、堵水、調(diào)配、解堵、調(diào)流線,提高注采對應(yīng)率,減少無效注水和提液,降低含水上升率。同時對油藏能量進(jìn)行分析,合理確定動液面,降低注采液量能耗。
機(jī)采系統(tǒng)主要是通過運(yùn)用系統(tǒng)優(yōu)化軟件,實現(xiàn)地面拖動系統(tǒng)與井下管、桿、泵系統(tǒng)抽吸參數(shù)的合理匹配。
注水系統(tǒng)主要是通過合理確定壓力等級,實施階梯泵組合,對泵機(jī)組、管網(wǎng)、配水間實施減少節(jié)流損失改造,達(dá)到提高注水系統(tǒng)效率、降低注水單耗的目的。
聯(lián)合站主要是通過改進(jìn)分水工藝,減少無效加熱,通過對設(shè)備進(jìn)行改造,提高加熱效率,降低油氣消耗。
1)通過對注水—油藏—舉升系統(tǒng)能耗一體化優(yōu)化研究,確定油藏合理壓力保持水平、注采工藝參數(shù)等,確保能耗保持在較低水平[2]。
2)完善注采井網(wǎng),對堵塞油井實施分類治理,應(yīng)用高滲透濾砂管[3],優(yōu)化防砂提液;通過防砂增注、細(xì)分注水[4],保持注采平衡,提高水驅(qū)儲量動用程度及層段合格率。通過限液轉(zhuǎn)流線,控制無效產(chǎn)液量,提高非主流線區(qū)域的儲量動用,提高單井產(chǎn)能;同時配套水井調(diào)配,減小無效注水。
對油藏、井筒、地面整個系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同模擬分析,通過優(yōu)化結(jié)果,采取地面設(shè)備配套、井下桿管優(yōu)化組合、抽汲參數(shù)調(diào)整等措施,實施舉升系統(tǒng)優(yōu)化,實現(xiàn)機(jī)采技術(shù)降電[5]。
平衡區(qū)域內(nèi)各配水間注水負(fù)荷,降低壓力損耗。對壓力損失大、堵塞注水管線進(jìn)行除垢,降低壓力損耗[6]。
1)高頻聚結(jié)分水技術(shù)。常規(guī)三相分離器無法滿足含聚采出液的脫水要求,出口含水率82%,造成升溫破乳環(huán)節(jié)無效熱負(fù)荷比例高達(dá)90%。勝利油田攻關(guān)研制高頻聚結(jié)裝置,其原理為:調(diào)整高頻脈沖的頻率和占空比(送電時間),使脈沖輸出時間小于短路擊穿時間,既可在電極間加較高電場又可避免短路擊穿,實現(xiàn)分離器內(nèi)部水滴聚結(jié)脫水。
2)油水界面自動控制技術(shù)。配套應(yīng)用三相分離器油水界面自動控制技術(shù),實現(xiàn)油水界面精準(zhǔn)控制,降低出口含水率2%~5%。
根據(jù)區(qū)域一體化能效提升技術(shù)特點及節(jié)能目標(biāo),形成了一套涵蓋油藏、機(jī)采、聯(lián)合站、注水及節(jié)能降碳工作的指標(biāo)體系。主要指標(biāo)包括噸油氣綜合能耗、含水上升率、自然遞減率、注采對應(yīng)率、機(jī)采系統(tǒng)效率、噸液耗電單耗、注水系統(tǒng)效率、注水單耗、外輸含水、聯(lián)合站噸油氣處理單耗十項指標(biāo)。
1)油井治理。實施油井限液轉(zhuǎn)流線27口井,水井調(diào)配25口;實施油井補(bǔ)孔8口,層間卡堵2口;實施油井防砂解堵、改造儲層提液13口;開展常規(guī)低效井治理15口。
2)水井治理。做好注采井網(wǎng)完善工作,實施水井細(xì)分工作量2口,油井轉(zhuǎn)注1口;做好防砂解堵增注工作,實施防砂增注、水井防砂工作量8口;實施水井換管柱工作量14口。
通過對油藏實施產(chǎn)液注水結(jié)構(gòu)的調(diào)整,實現(xiàn)控水增油和不調(diào)整對比,油井開井下降18口,日產(chǎn)液下降1 450 t,日產(chǎn)油增加5 t,含水率下降0.1%,水井開井增加2口,日注水量減少1 000 m3,日減少電耗5 360 kWh。
運(yùn)用機(jī)采系統(tǒng)能效提升優(yōu)化軟件,優(yōu)化油井324口,其中實施泵徑升級297口、上提泵掛23口、下調(diào)沖速19口。更新高效三相異步電動機(jī)(YE3系列)65臺、永磁同步電動機(jī)103臺,內(nèi)部優(yōu)化調(diào)整電動機(jī)42臺。
通過實施以上措施,系統(tǒng)效率由37.1%提升到41.42%,百米噸液單耗由0.73 kWh下降到0.66 kWh。其中,324口油井實施優(yōu)化后,平均單井系統(tǒng)效率提高7.01%,輸入功率降低0.87 kW,平均泵掛上升140 m,百米噸液耗電降低0.052 kWh;油井、水井防砂,完成油藏提液增注工作量;更新電動機(jī)168臺,年節(jié)電142.4×104kWh。
應(yīng)用高頻聚結(jié)裝置2套,油水分離后含水率由82%下降至30%,污水加熱負(fù)荷降低23%。配套采取實時控制、混輸降壓等措施,油井來液進(jìn)站壓力由原來的0.43 MPa降為0.2 MPa,油井井口回壓降低約20 m揚(yáng)程,節(jié)約用電量151.69×104k Wh/a。
對油藏實施產(chǎn)液結(jié)構(gòu)調(diào)整,對應(yīng)水井日注水量減少1 050 t。對5條1 750 m注水管線進(jìn)行清管除垢,注水單耗降低0.1 kWh/m3。
孤東油田東三聯(lián)區(qū)域經(jīng)過注采輸一體化能效提升改造,達(dá)到增油降水、節(jié)能提效的目的。油藏采出液含水率降低0.6個百分點,機(jī)采系統(tǒng)效率提高6.1個百分點,注水系統(tǒng)效率提升1個百分點,聯(lián)合站加熱功率下降2 030 kW,年增油1 320 t,年節(jié)電1 338×104k Wh,年節(jié)燃油230 t,折合效益1 139萬元。噸油氣綜合能耗由55.6 kg標(biāo)煤降低到49.3 kg標(biāo)煤,節(jié)能率達(dá)13.1%。項目投入4 153萬元,投資回收期3.64年。
2015年以來,勝利油田共實施一體化能效提升項目17項,投入資金1.2億元,累計節(jié)能1.5×104t標(biāo)煤,創(chuàng)效7 701萬元,靜態(tài)投資回收期3.26年。其中:東三聯(lián)區(qū)域一體化能效提升工程榮獲國家節(jié)能“雙十佳”最佳節(jié)能實踐項目榮譽(yù)稱號;東二聯(lián)區(qū)域一體化能效提升工程獲國家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)建項目。一體化項目實施,助力油田遏制能耗持續(xù)上升趨勢,實現(xiàn)能耗總量和強(qiáng)度四連降。
以“聯(lián)合站為中心、油藏為龍頭”的注采輸一體化能效提升技術(shù)的推廣應(yīng)用,實現(xiàn)了三個突破、兩個有利、一個戰(zhàn)略的目標(biāo)。三個突破,即突破了潛力分析的局限性,做到了分析問題全面性;突破了專業(yè)“壁壘”,做到了多專業(yè)分工協(xié)作;突破了“木桶短板”效應(yīng),做到了全過程、一體化節(jié)能降耗。兩個有利,即有利于新技術(shù)的集中應(yīng)用,發(fā)揮規(guī)模效應(yīng);有利于投入產(chǎn)出的科學(xué)評價,提高投資回報。一個戰(zhàn)略,即實現(xiàn)了目標(biāo)同向、措施同步、難題同克的一體化節(jié)能戰(zhàn)略。該技術(shù)的推廣應(yīng)用對高含水老油田節(jié)能挖潛具有一定的借鑒意義。