宮艷紅 孔紅芳 馮萌萌 齊玉梅 于春玲 于興才 黃興鴻 張國(guó)強(qiáng)

（1.大港油田第三采油廠；2.大港油田第五采油廠；3.大港油田第二采油廠；4.大港油田第四采油廠）

目前注水開(kāi)發(fā)的油田采出液中含水較高，聯(lián)合站對(duì)采出液經(jīng)過(guò)油水分離后，分離出的污水經(jīng)過(guò)破乳、沉降等技術(shù)去其中的原油和懸浮物。當(dāng)經(jīng)過(guò)處理的含油污水各項(xiàng)指標(biāo)合格后，經(jīng)注水站柱塞泵增壓后回注進(jìn)入地層，實(shí)現(xiàn)為地層補(bǔ)充能量，達(dá)到污水再利用和處理大罐液位的目的。

1 背景介紹

對(duì)于既包括中孔中滲油藏又包括低孔特低滲油藏的區(qū)塊，通常采用獨(dú)立運(yùn)行的兩套單罐式注水系統(tǒng)，一套為污水罐注水系統(tǒng)，即向中孔中滲油藏注入從油田采出液中分離出的油田污水，另一套為清水罐注水系統(tǒng)，即向低孔特低滲油藏注入清水，最大限度降低油藏敏感性[1]，從而提高注水開(kāi)發(fā)效果。但是隨著注水開(kāi)發(fā)的不斷推進(jìn)，從油田采出液中分離出的油田污水量不斷增多，導(dǎo)致污水罐注水系統(tǒng)中儲(chǔ)水罐的液位不斷上升，為避免冒罐事故和油層超注的發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)通常通過(guò)增大向中孔中滲油藏中污水注入量的方法快速降低儲(chǔ)水罐中的液位。此方法會(huì)加速形成中孔中滲油藏滲流優(yōu)勢(shì)通道，降低油藏驅(qū)替效果，為防止低孔特低滲油藏敏感性損害，而向該類油藏持續(xù)注入清水，造成注水開(kāi)發(fā)成本增加，而注入的清水被采出后會(huì)成為油田污水，再次增加了油田污水的水量，形成污水罐液位高、清水用量高的雙層矛盾。

大港油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)中壓中滲區(qū)塊通常采用25 MPa低壓污水注水系統(tǒng)，對(duì)低壓特低滲區(qū)塊采用35 MPa高壓清水注水系統(tǒng)，其中單個(gè)注水站高壓系統(tǒng)日注清水量達(dá)1 930 m3/d。

李孝嶺等[2]為提高油田注水系統(tǒng)處理水的能力，通過(guò)增加細(xì)過(guò)濾器反洗模式，實(shí)現(xiàn)了處理量的極大擴(kuò)容，使處理水量在原基礎(chǔ)上有了顯著的提高。長(zhǎng)慶油田宋玉華等[3]通過(guò)并聯(lián)清污水注水泵，用清水注水泵來(lái)承擔(dān)部分污水流量，提高了污水回注率，減少了清水資源的需求。大慶油田楊麗峰[4]、尤勇[5]通過(guò)分解注水系統(tǒng)的井網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、優(yōu)化注水系統(tǒng)布局，提高外圍特低滲透油田注水系統(tǒng)運(yùn)行效率。魯平[6]、劉世景[7]采用清水、污水單獨(dú)處理、再分別回注的方式，達(dá)到節(jié)約投資、簡(jiǎn)化處理流程、保護(hù)儲(chǔ)層的目的。王新等[8]通過(guò)針對(duì)兩種算法進(jìn)行深入了解，提出了優(yōu)化油田注水系統(tǒng)注水泵開(kāi)停方案的具體方法。但是針對(duì)油田開(kāi)發(fā)區(qū)塊儲(chǔ)層物性不同而采用的清、污兩套獨(dú)立運(yùn)行的單罐式注水系統(tǒng)，注水方法和存儲(chǔ)介質(zhì)液位處理幾乎沒(méi)有涉及。通過(guò)建立雙儲(chǔ)水罐注水系統(tǒng)平衡污水罐液位高度數(shù)學(xué)模型和總收益計(jì)算模型[9]，升級(jí)過(guò)濾裝置及效果，形成了清水和污水互相切換的流程和方法，解決污水罐液位高和清水注入成本高的問(wèn)題，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得良好的效果。

2 解決方案

為解決油田開(kāi)發(fā)區(qū)塊儲(chǔ)層物性不同而采用的清、污兩套獨(dú)立運(yùn)行的單罐式注水系統(tǒng)，污水罐液位高、清水用量高的雙層矛盾問(wèn)題，借鑒注水系統(tǒng)能量平衡模型[10]，設(shè)計(jì)了雙儲(chǔ)水罐注水系統(tǒng)流程和注水方法，即避免因提高污水注入量而影響采油效果，又減少清水注入量，降低注水開(kāi)發(fā)成本。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雙儲(chǔ)水罐注水系統(tǒng)主要由第一儲(chǔ)水罐、第二儲(chǔ)水罐、第一柱塞泵、第二柱塞泵、第一輸水管道、第二輸水管道、第一閥門、第二閥門、第三閥門、第一流量計(jì)和第二流量計(jì)等組成，雙儲(chǔ)水罐注水系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

2.2 工作原理

正常注水時(shí)，第一輸水管道和第二輸水管道開(kāi)啟，連接管道關(guān)閉，而當(dāng)?shù)诙?chǔ)水罐中液位過(guò)高時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟連接管道，關(guān)閉第一輸水管道，并保持第二輸水管道開(kāi)啟，使第二儲(chǔ)水罐中的注入水同時(shí)進(jìn)入第一柱塞泵和第二柱塞泵，從而快速降低液位高度，并且，通過(guò)第一柱塞泵分流一部分注入水，可以避免向油藏中注入過(guò)多的注入水，提高了注水開(kāi)發(fā)的效果。邏輯控制器PLC根據(jù)閾值設(shè)定使閥門控制器動(dòng)作，自動(dòng)切換流程，并存貯數(shù)據(jù)。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）系統(tǒng)類型設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用雙儲(chǔ)水罐，可根據(jù)實(shí)際情況決定儲(chǔ)罐中的介質(zhì)流通與截?cái)?，同時(shí)利用連接的輸水管道和控制閥門進(jìn)行互倒，提高了注入水量的穩(wěn)定性，避免了單罐系統(tǒng)中控制液位時(shí)短期的注水波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了控制液位與注水穩(wěn)定的同步協(xié)調(diào)，同時(shí)采用柱塞泵進(jìn)行增壓，滿足了儲(chǔ)水與注水的工藝需求。

2）調(diào)節(jié)方式設(shè)計(jì)。目前的單罐注水系統(tǒng)均為人工調(diào)節(jié)方式，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。現(xiàn)引入可編程邏輯控制器PLC和與之配套的數(shù)字化儀器儀表，對(duì)泵的排量和閥門的開(kāi)閉程度進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)，做到了及時(shí)準(zhǔn)確，滿足了設(shè)計(jì)要求。

3）過(guò)濾方式設(shè)計(jì)。儲(chǔ)罐中的液體，尤其是含油污水在長(zhǎng)期的儲(chǔ)存與輸送下一般含有包括油污、懸浮物、垢等較多的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對(duì)柱塞泵的工作影響極大，導(dǎo)致泵磨損、腐蝕加劇，降低柱塞泵的運(yùn)轉(zhuǎn)周期。因此在兩條輸水管道上均安裝了過(guò)濾罐，對(duì)泵的來(lái)液進(jìn)行過(guò)濾，提高柱塞泵的運(yùn)行效率，最大限度保護(hù)敏感性油藏。

4）自動(dòng)計(jì)量功能設(shè)計(jì)。油田目前儲(chǔ)罐的液位大部分由機(jī)械式液位計(jì)進(jìn)行計(jì)量；而泵的進(jìn)口壓力也大部分為機(jī)械的真空壓力表，兩者均需人工進(jìn)行觀測(cè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。該系統(tǒng)則將儲(chǔ)罐液位計(jì)更換為電子液位計(jì)，柱塞泵進(jìn)口更換為電子壓力計(jì)，同時(shí)將電子信號(hào)傳輸至可編程邏輯控制器PLC處，可編程邏輯控制器PLC對(duì)壓力及液位進(jìn)行分析，然后控制電控閥門進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。

2.4 操作方法

步驟1：確定平衡污水罐液位為

式中：H為儲(chǔ)水罐液位單位時(shí)間內(nèi)變化的高度，m；S1為輸水管道的橫截面積，m2；S2為儲(chǔ)水罐的橫截面積，m2；V為輸水管道的水流速度，m/s；d1為輸水管道的內(nèi)徑，m；d2為儲(chǔ)水罐的內(nèi)徑，m；

步驟2：當(dāng)?shù)诙?chǔ)水罐2（污水罐）液位高需要清水系統(tǒng)注污水處理液位時(shí)，也就是將清水切換為污水時(shí)，具體現(xiàn)場(chǎng)施工如下：依次打開(kāi)第八閥門19#和第三閥門10#，使連接管道7#開(kāi)啟，壓力波動(dòng)小于0.1 MPa。緩慢關(guān)閉第一閥門8#和第六閥門17#，壓力波動(dòng)小于0.1 MPa。污水經(jīng)過(guò)第八閥門19#、第三閥門10#和連接管道7#進(jìn)入第一柱塞泵3#，改污水為地層補(bǔ)充能量。根據(jù)第二儲(chǔ)水罐2#的液位高度及上漲速度確定輸水的水流速度V。結(jié)束操作，實(shí)現(xiàn)污水代替清水注水，處理第二儲(chǔ)水罐2#的高液位，第一柱塞泵3#和第二柱塞泵4#同時(shí)運(yùn)行。每周清理第一過(guò)濾罐26#和第二過(guò)濾罐27#一次。

步驟3：當(dāng)?shù)诙?chǔ)水罐2#液位合理時(shí)，需要將污水切換為清水時(shí)，具體現(xiàn)場(chǎng)操作如下：緩慢打開(kāi)第六閥門17#、第一閥門8#，壓力波動(dòng)小于0.1 MPa。依次關(guān)閉第三閥門10#和第八閥門19#，使連接管道7#斷流，壓力波動(dòng)小于0.1 MPa。清水經(jīng)過(guò)第一儲(chǔ)水罐1#供水，流經(jīng)第一閥門8#、第一過(guò)濾罐26#、第一流量計(jì)11#、第六閥門17#，進(jìn)入第一柱塞泵3井，改清水為地層補(bǔ)充能量。由第一流量計(jì)11#計(jì)量清水用量。結(jié)束操作，實(shí)現(xiàn)清水代替污水，第一柱塞泵3#正常運(yùn)行。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

3.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2019年初，在大港油田3個(gè)小型接轉(zhuǎn)站應(yīng)用雙儲(chǔ)水罐注水系統(tǒng)，取得明顯節(jié)能降耗效果。2018年度清水平均日用水量1 010 m3/d，應(yīng)用后清水量呈現(xiàn)連年下降趨勢(shì)，2019年度平均日減少清水用量260 m3/d，2020年度平均日減少清水用量590 m3/d，2021年度平均日減少清水用量820 m3/d，雙儲(chǔ)水罐注水系統(tǒng)應(yīng)用后清水用量效果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 雙儲(chǔ)水罐注水系統(tǒng)應(yīng)用后清水用量效果對(duì)比Tab.1 Comparison of clean water consumption effect after application of double water storage tank water injection system 104 m3/a

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

雙儲(chǔ)水罐注水系統(tǒng)應(yīng)用以來(lái)，3個(gè)注水站累計(jì)減少清水用量60.955×104m3，清水成本4.5元/m3計(jì)算，累計(jì)創(chuàng)效274.297萬(wàn)元；工藝改造及自動(dòng)化升級(jí)費(fèi)用共計(jì)65.5萬(wàn)元，實(shí)際創(chuàng)效208.797萬(wàn)元。

4 結(jié)論

1）雙儲(chǔ)水罐注水系統(tǒng)注水方式，可快速降低污水罐液位高度，防止冒罐危害和油層超的發(fā)生，即避免因提高污水注入量而影響中孔中滲油藏采油效果，又減少低孔特低滲油藏清水注入量，降低注水開(kāi)發(fā)成本。

2）在原兩個(gè)獨(dú)立的污水和清水流程基礎(chǔ)上，通過(guò)連接污水和清水互切流程，實(shí)現(xiàn)污水和清水的互相切換，有效消耗油田處理水過(guò)剩帶來(lái)的生產(chǎn)隱患，達(dá)到污水罐高液位的有效處理。

3）實(shí)現(xiàn)了注水處理信息化管理，將切換參數(shù)，用水量，液位等數(shù)據(jù)進(jìn)行保留存檔，并根據(jù)液位變化，自動(dòng)進(jìn)行流程的切換，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度。