段闖 趙輝 孫震 劉闖（勝利油田有限公司樁西采油廠）

地面注水采油是我國陸上采油主要方式之一[1-2]，其能有效地補充地層的能量、保持地層壓力，提高采油速度和采收率，確保油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[3]。注水系統(tǒng)本身消耗大量電能[4]，據(jù)統(tǒng)計，采油廠注水耗電占油田的36%～56%[5]。隨著油田進(jìn)入高含水開發(fā)期[6-7]，含水率不斷上升，注水量迅速增加，注水系統(tǒng)電耗急劇增長，因此注水工程改造在各油田及采油廠受到的關(guān)注日益增加[8-9]。

1 現(xiàn)狀

在2011—2015 年油田地面建設(shè)系統(tǒng)重點工程項目的前期工作計劃中，樁西采油廠提出油田注水系統(tǒng)分壓實施。通過對采油廠4 個油田注水系統(tǒng)綜合分析發(fā)現(xiàn)，老河口注水站注水系統(tǒng)效率低，單耗高，無功用電現(xiàn)象嚴(yán)重。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研及運行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，該注水站注水系統(tǒng)效率低的主要原因是不同注入井的注水壓力相差較大，平均注水壓力較低。

注水工程改造應(yīng)與節(jié)能研究相結(jié)合[10]，由此提出分壓注水方案，一方面提高注水系統(tǒng)效率、降低注水用電，另一方面新建注水管線作為高壓注水管線降低安全環(huán)保風(fēng)險，將已建注水管線調(diào)整為低壓注水管線，節(jié)約管線等地面工程投資。老河口注水站、樁52 注水系統(tǒng)的分壓注水工藝研究，對其它區(qū)域的注水工程改造具有深遠(yuǎn)意義。

2 注水系統(tǒng)問題

2.1 注水系統(tǒng)簡介

1）老河口注水系統(tǒng)。老河口注水系統(tǒng)建有老河口注水站和樁120 注水站，兩座注水站已聯(lián)網(wǎng)運行。老河口注水站安裝KGF165 型注水泵1 臺，KGF140 型注水泵1 臺，DF120 型注水泵 1 臺，設(shè)計供水壓力16 MPa，供水能力6 840 m3/d，運行注水泵2 臺，供水量6 736 m3/d。樁120 注水站低壓系統(tǒng)安裝5ZB-12/42型柱塞泵3臺，設(shè)計供水壓力16 MPa，供水能力1 500 m3/d，未運行，兩座注水站設(shè)計供水能力8 340 m3。注水泵壓13.8 MPa，平均井口油壓9.5 MPa，泵機(jī)組效率71.2%，管網(wǎng)效率68.84%，注水系統(tǒng)效率46.56%，注水單耗5.67 kWh/m3。

2）樁52 注水系統(tǒng)。樁52 注水站安裝3H-8/450型注水泵5 臺，5ZB-12/42 型注水泵1 臺，設(shè)計注水壓力25 MPa，供水能力2 150 m3/d，運行注水泵4 臺，注水泵壓18.5 MPa，供水量1 626 m3/d，注水泵效90%，平均井口油壓12.86 MPa，注水系統(tǒng)效率57.87%。注水單耗6.171 kWh/m3。

2.2 問題及原因分析

1） 儲層物性非均質(zhì)嚴(yán)重，注水壓力差異大。單一供水壓力條件下注水管網(wǎng)效率低、管損大，老河口注水系統(tǒng)注水壓力小于11 MPa 的水井開井56 口，注水量4 205 m3/d，注水壓力大于11 MPa 的水井開井30 口，注水量2 531 m3/d，平均管損4.3 MPa，平均管網(wǎng)效率只有68.84%。樁52 注水系統(tǒng)注水壓力小于12 MPa 的水井開井7 口，注水量602 m3/d，注水壓力大于12 MPa 的水井開井16 口，注水量1 006 m3/d，平均管損達(dá)4.98 MPa，管網(wǎng)效率只有72.09%，導(dǎo)致注水系統(tǒng)效率低，注水單耗高。

2）老河口注離心泵泵效低、單耗高。老河口注離心泵泵效只有71.2%，單耗5.67 kWh/m3，而5ZB-20/43 型柱塞泵泵效達(dá)90%，排量達(dá)1 360 m3/d，按注水運行泵壓14 MPa 計算，用柱塞泵替代離心泵，單耗僅4.47 kWh/ m3。因此利用高效的柱塞泵代離心泵，可較大幅度提高泵效。

3）供水半徑大，管損大。老河口注水站至老168 平臺距離達(dá)10.9 km，供水半徑大，老168 塊投產(chǎn)后，老河口至老163、老168 注水干線最大注水量達(dá)到9 400 m3/d，計算管損高達(dá)8.99 MPa。單純依靠加大注水管線管徑投資大、管網(wǎng)效率低。因此，需結(jié)合產(chǎn)能建設(shè)，總體布局注水站及注水管網(wǎng)優(yōu)化。

3 技術(shù)原理

由注水泵功率計算式可知，傳統(tǒng)單壓注水與分壓注水的耗能存在顯著不同。

1）單一注水壓力注水泵功率。其注水泵電動機(jī)的總輸入功率見式（1）：

式中：N入-1為注水泵電動機(jī)的總輸入功率，kW；Ne為注水泵輸出的總有效功率，kW；η1為注水泵機(jī)組平均效率；P出-1為注水泵平均出口壓力，MPa；P進(jìn)-1為注水泵平均進(jìn)口壓力，MPa；Q為注水泵總排出水量，m3/d。

2）分壓注水雙壓力等級下注水泵功率。將一個注水系統(tǒng)分成高、低壓兩個系統(tǒng)，在總水量、注水泵機(jī)組平均效率和泵進(jìn)口壓力相同的前提下，即Q=Q1+Q2=P進(jìn)時：

式中：N入-2為注水泵電動機(jī)的總輸入功率，kW；Q1為高壓區(qū)注水泵總排出水量，m3/d；Q2為低壓區(qū)注水泵總排出水量，m3/d；P出-1為高壓區(qū)注水泵平均出口壓力，MPa；P進(jìn)為注水泵進(jìn)口壓力，MPa；η為注水泵機(jī)組平均效率；P出-2為低壓區(qū)注水泵平均出口壓力，MPa。

用一個高壓系統(tǒng)注水與高、低壓兩個系統(tǒng)注水時電動機(jī)的輸入功率之差，即當(dāng)P出-2＞P出-1時：

通過上面的分析看出，利用高壓注水系統(tǒng)的注水電動機(jī)功率高于分壓系統(tǒng)注水電動機(jī)功率，可見分壓注水能夠有效有效降低系統(tǒng)能耗。

4 改造方案及效益評價

4.1 分壓改造實施方案

1）老河口注水系統(tǒng)。老河口注水系統(tǒng)結(jié)合老168 產(chǎn)能建設(shè)，完善配套高低壓注水管網(wǎng)，優(yōu)化供水半徑，提高注水系統(tǒng)效率。

建設(shè)樁106 北注水站，采用大排量柱塞泵取代離心泵，提高注水泵效，降低注水能耗。設(shè)計供水能力10 000 m3/d，其中高壓設(shè)計運行壓力14 MPa，供水量6 000 m3/d，低壓設(shè)計運行壓力12 MPa，供水量4 000 m3/d。配套注水管網(wǎng)改造及調(diào)整，老河口注水站設(shè)計運行壓力13.8 MPa，樁120 注水站設(shè)計運行壓力12.5 MPa，配套管網(wǎng)調(diào)整并改造配水間高低壓流程，實現(xiàn)4 套壓力分壓注水。

2）樁52 注水系統(tǒng)。樁52 注分壓運行工程將分壓注水改造與注水管線更新相結(jié)合，在提高注水系統(tǒng)效率、降低注水單耗的同時，將多年運行的注水管線調(diào)整為低壓運行，充分發(fā)揮其剩余價值，降低了管線更新改造投資。

根據(jù)目前開井的23 口水井的注水壓力和井位分布情況，結(jié)合樁52 注水系統(tǒng)改造工程，計劃實施高低壓分壓注水工程。高壓注水系統(tǒng)由5 臺3H-8/450 型注水泵供水，設(shè)計供水量1 520 m3/d，主要擔(dān)負(fù)201 配等8 座配水間17 口注水井的注水任務(wù)，設(shè)計運行壓力18.5 MPa，注水量1 058 m3/d。低壓注水系統(tǒng)由1 臺5ZB-12/42 型柱塞泵供水，設(shè)計供水量630 m3/d，運行壓力12 MPa，主要擔(dān)負(fù)201 配、219 配等2 座配水間6 口注水井的注水任務(wù)，注水量568 m3/d。

4.2 方案實施效果

兩個注水系統(tǒng)實施分壓注水調(diào)整后，對地面注水系統(tǒng)的改善主要有兩個方面：壓力匹配條件條件改善，泵站干壓與井口壓差降低；新建部分支干線，管網(wǎng)損失降低，管網(wǎng)效率提高。下面僅對水量匹配后單耗及系統(tǒng)效率進(jìn)行分析測算。

1）老河口注水系統(tǒng)。老河口油田分壓注水工程投產(chǎn)后，老河口注水站停運行1 臺離心泵，注水系統(tǒng)平均運行壓力13.14 MPa，平均下降0.66 MPa，注水單耗4.88 kWh/m3，下降0.79 kWh/m3，日節(jié)電6 722 kWh，年節(jié)電245.3×104kWh，注水管網(wǎng)效率由68.84%提高至82.45%，系統(tǒng)效率由46.56%提高至63.6%，提高了17.04%。

2）樁52 注水系統(tǒng)。樁52 注水系統(tǒng)分壓工程實施后，平均運行壓力16.23 MPa，下降2.27 MPa，注水單耗5.414 kWh/m3，下降0.76 kWh/m3，日節(jié)電1 232 kWh，年節(jié)電45×104kWh，注水系統(tǒng)效率由改造前的57.87%提高至66.07%，提高8%。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益評價

2011 年1 月老河口注水系統(tǒng)分壓注水工程投產(chǎn)后，日節(jié)約電量6 722 kWh，年節(jié)電245.3×104kWh，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益147 萬元。2011 年2 月樁52 注水系統(tǒng)分壓注水工程投產(chǎn)后，日節(jié)約電量1 232 kWh，年節(jié)電45×104kWh，年節(jié)約電費27 萬元。

后期老河口注水系統(tǒng)的老168 塊和老163 塊、樁106塊注水量提高后，預(yù)計系統(tǒng)運行壓力13.14 MPa，供水量14 420 m3/d，注水單耗4.77 kWh/m3，較目前注水單耗5.67 kWh/m3減少0.9 kWh /m3，日節(jié)電12 978 kWh，年 節(jié) 電 473.7×104kWh，年 節(jié) 電費 278 萬元，有效降低注水運行費用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)論與建議

通過對老河口注水系統(tǒng)及樁52 注水系統(tǒng)進(jìn)行注水分壓技術(shù)節(jié)能改造，得出結(jié)論及建議如下：

1）能夠?qū)崿F(xiàn)大幅度降低注水泵干壓與井口壓力的壓差值，注水管網(wǎng)效率及注水系統(tǒng)效率明顯得到提高，降低了注水泵站能耗，促進(jìn)節(jié)能降耗；地面工程中新建部分地面注水支干管線，進(jìn)一步降低地面注水管網(wǎng)閥控?fù)p失，提高了管網(wǎng)效率。

2）分壓注水技術(shù)節(jié)能改造與注水地面工程改造及部分地面老化管線更新相結(jié)合，在提高注水系統(tǒng)效率、降低注水單耗的同時，將運行多年的舊注水管線調(diào)整為低壓系統(tǒng)運行，提高安全本質(zhì)化運行，充分發(fā)揮其剩余價值，降低地面管線更新工程的投資費用。

3）因地制宜的開展注水系統(tǒng)分壓技術(shù)注水改造取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益，該項技術(shù)具有投資少、見效快等優(yōu)點，說明該技術(shù)是提高復(fù)雜斷塊油藏中注水井吸水壓力及吸水能力嚴(yán)重不均勻的油田注水地面系統(tǒng)效率的有效措施，值得其它油田推廣應(yīng)用。

4）在實施分壓注水系統(tǒng)改造前，應(yīng)對注水系統(tǒng)的各注水泵站、單井的生產(chǎn)參數(shù)、注水泵的耗電情況以及注水系統(tǒng)的工藝管網(wǎng)進(jìn)行全面詳細(xì)的調(diào)研論證，編制可行性研究報告，最終確定有經(jīng)濟(jì)效益的項目進(jìn)行實施。

5）由于地面注水管線設(shè)施、閥門以及計量儀表的投資費用較高，因此在編制分壓注水技術(shù)改造方案時應(yīng)以地面單井注水管道局部調(diào)整為主，注水干線大調(diào)整為輔的技術(shù)思路。

6） 分壓改造完成后應(yīng)根據(jù)注水泵負(fù)荷的變化，及時調(diào)整配套電動機(jī)的功率或運行參數(shù)，來進(jìn)一步降低注水系統(tǒng)能耗。