注水系统管网改造技术研究与应用

王旭 刘立恒 吕鹏飞 杨瀛 葛地

【摘要】随着目前油田注水规模越来越大，注水的动态控制难度也越来越大，这就造成地面工程系统和注水动态控制很难适应，随着矛盾日渐突出，注水能耗也在逐渐增大，而能耗问题已经逐渐影响到了企业的经济利益，对企业的利润构成直接威胁，成为国内很多企业需要立即解决的技术问题。本文简单介绍一下国内注水系统的运行现状，然后介绍了一些主要的技术和改造方案。

【关键词】注水系统管网 改造技术 运行效率

目前国内油田的注水系统一般由注水井、注水站和主水管网三部分组成。注水系统的效率指标有很多因素组成，其中最为重要的两个因素就是注水泵的效率和管网的效率，电机效率的变化一般很小，几乎可以忽略不计。注水泵的效率和管网的效率关系密切，两者的匹配程度决定了注水系统的效率。两者匹配合理程度高时，系统的能耗就非常低；反之，系统的能耗就会急剧增加。

1 国内注水系统运行现状分析

随着油田的开发，很多有天逐渐进入开发后期，油田的注水规模不断扩大，导致注水动态控制的难度也越来越大，注水的地面工程与注水动态控制系统越来越不能适应，矛盾日渐突出，注水的能耗问题也越来越严重，很多油田的能耗还在逐渐的增加，甚至导致企业的成本增加，威胁着企业利润的增长，成为各大油田必须马上解决的重要技术问题。油田注水系统存在的一些里的问题，主要原因有：油田开发进入后期，许多区块都需要注水，但是前期没有注水系统的建设。另外，随着注井数增加，注水井的水量也在增加，一些注水站的注水能力面临困境。而且很多注水站的设备老化，注水泵效率下降，能耗上升，已经不能维持正常的运转了。除此以外，主水管网的结垢非常严重，管损也在增加，导致管网的效率降低，配水间的设备老化腐蚀严重，一些阀门甚至已经不能打开，一些管网和管线腐蚀也很严重，出现了穿孔等情况。总体上来看，大部分油田都面临着注水系统的改造问题，但是目前各大油田的注水系统尽管面临困难，但是还是可以继续维持生产的，只不过是成本和能耗都在增加。为了改变这一困境，油田必须降低地面运行成本，对管网系统进行改造，提高运行效率，对地面系统进行简化调整，解决地面配套系统存在的诸多问题。

2 主要问题及改进措施

2.1 注水系统效率低下

目前很多油田都进行了部分系统的改进，油田的注水系统效率也是得到了较大的提高，但是就总体情况而言，国内的水平比国外还是低了一两个百分点。主要的原因是国内各大油田主要油井的注水压力的压力差较大。如一些大中型油田区块有注水井 777口，其中注水压力10—24MPa，其压力波动范围较大，由于注水压力差异较大，注水泵压很难与注水压力匹配，造成干压损失大，虽然已做了大量分压注水，增压注水的改造工作，并取得了一定的成果，但如果将注水压力系统进行细分，达到降低注水泵压，减少干压损失，需要投入大量的资金，同时也增加了管理难度，使综合经济效益低，客观上限制了注水系统效率的提高；二是由于注水量的变化，注水站泵型单一，难以进行水量调节，造成部分高压水站内打回流；三是由于注水负荷不均匀，造成部分干线负荷过重，水力损失过大。

2.2 合理有效的改进措施

对于安装 DF300 型泵的注水站应继续对站内进行改造，安装1—2台小排量注水泵，便于水量调节，减少站内回流，对于柱塞式泵的注水站应加强变频装置的应用，对于泵拆级改造的注水站应靠降低注水泵泵压，使单泵排量得到提高，合理配置注水泵进出管线，以提高注水泵运行的可靠性。由于部分油田注水量的减少，造成建设规模超过实际注水量，因此要合理调配注水站负荷，对于有多座注水站运行的油田，减少注水站运行数量调整注水管网，将水利损失大的干线的负荷调整到负荷小的干线上，提高注水站自动化监控程度，根据站外负荷自动调节注水泵运行参数，使泵运行在高效区，继续推广增压注水工艺，降低系统压力，提高系统效率。

3 改造方案

3.1 注水泵节能改造

注水系统效率的高低很大程度上取决于机泵效率，就目前技术而言，柱塞泵的泵效都在68左右，而一般高压注水离心泵的最高效率不超过73，所以选择高效注水泵是提高注水系统效率的关键。随着油区含水的增加，原来的注水泵已不适应油田注水需求，需进行改造，依据压力分布，将原来很多旧注水站的3台高压离心泵更换为5台柱塞泵，配套柱塞泵变频调速，设计为控制以注水压力参数的恒压注水自动系统，可以实现系统闭环控制，杜绝回流，解决注水站大马拉小车的现象。很多注水站是一座运行十多年年的老站，其注水系统改造选择高效柱塞泵配套变频技术，既解决了多年来工艺和电气部分存在的安全隐患，实现闭环控制，杜绝高压水回流，又达到了节能降耗的目的。

3.2 攻欠增注工艺的优化改进

国内的很多油田存在长期注污水的問题，导致岩石表面形成了水湿，致使水流阻力大大增加。除此以外，不合格的注入污水也很容易导致油层深部的堵塞，这也是以前增注工艺有效率高但有效期短的原因。“洗清解稳”增注工艺，延长有效期对此，针对堵塞类型和油藏特点，不断引进新技术，并改进酸液配方，改进增注工艺。创新性地提出“洗清解稳”增注工艺，即在炮眼附近实施高浓度酸洗浸泡；再挤入油层清洗剂解除有机垢，根据堵塞情况实施不同配方的多级注入工艺；最后稳定粘土及岩石表面，降低摩阻。探讨性应用聚硅纳米增注工艺以Si02为主要成份的聚硅纳米材料具有极强憎水亲油能力、强大吸附能力，它能够有效扩大孔隙半径，大幅度降低水流阻力，避免水化现象发生，防止矿物吸水膨胀分散与运移，从而达到增注目的。

4 结束语

油田开发是一个动态的过程，包括了油田开发的各个阶段，对油田开发的各项技术也是一个从认识到实践，再从实践总结经验，开发新技术的过程，是各项技术不断深入的过程。大部分油田都面临着注水开发不断深入，油藏内部注采关系日趋复杂的问题，对油藏必须重新认识，及时总结，搞清楚地层的连接状况，加强注采井的建设，努力改善油田的开发效果。井下注水工艺的综合配套是改善油藏开发效果的有效途径，同时必须以储层特点为基础。为了解决油田面临的一系列的管网系统问题，各大油田需要对主水管网进行系统的改造，提高系统的运行效率，使油田的开发进入良性循环。

参考文献

[1] 张瑞杰，刘宇飞，常玉连.油田流体管网系统稳态通用仿真模型[J].油气田地面工程，2011，30（3）：20-22

[2] 丛日庆.注水管网系统模型的计算方法[J].油气田地面工程，2004，23（8）：13—14