降低注水单耗节能措施的综合应用

侯立泉 赵留阳 刘祥 崔静涛

(大港油田公司第三采油厂 天津 300280）

1 概述

油田在开发过程中，地层压力逐渐降低，油井产液量逐渐下降，因此需要通过注水补充地层能量。第三采油厂共有注水泵站25座、增压注水泵82台，注水井982口、开井537口，2012年注水量1477.0272万方，注水耗电14268.082万千瓦时，注水单耗9.66KWH/M3。由于不同注水区块、同一区块不同注水井吸水压力差异大，单井油压低的不足10MPa，最高达38 MPa，为完成地质配注要求，系统注水压力只能就高不就低，注水站压力等级分为16MPa、21MPa、25 MPa、32MPa、35 MPa，部分注水井通过采取单井增注工艺满足配注要求。目前所有机泵均采用变频调速技术。

2 节能措施及相关对策

2.1 加强注水机泵现场管理

加强注水泵现场管理，注水泵的泵效由容积效率、机械效率所决定，因此，提高泵效要从这两方面入手：

2.1.1 提高注水泵容积效率

加强对阀座、阀片、弹簧、密封圈等易损件的检查，对损坏的配件及时更换。对因泵头刺漏造成的泵效低的问题，要对泵头进行修复、更新。加强计量管理，各注水站值班人员按时录取流量数据，计算泵效，发现问题并及时进行处理。

2.1.2 提高注水泵机械效率

按照“清洁、润滑、紧固、调整、防腐”的十字作业法加强机组维护，重点做好机组润滑、皮带松紧调整等维护工作，减少机械损耗。

2.2 开展注水单耗分析

充分利用压力及泵效远程监测报警系统，目前各作业区注水泵站已建立注水泵站单耗分析制度，根据监测系统提供的实时电量、水量数据，每周分析泵站运行过程中存在的问题，使注水泵站节能工作走向常态化。

2.3 实施注水系统高低压分离改造

2.3.1 自一注水站高低压分离改造

自一注水站改造前运行现状：自一注运行压力23.0MPa，系统所负责24口注水井中，仅有自7-13-2、自15-12等7口注水井压力高于15MPa，配注共350m3/d，占总水量的29.1%，其余注水压力均低于10MPa，配注850m3/d，占总水量的70.9%，注水站为保证配注，运行压力只能就高不就低，造成无功损耗大、注水能耗高的问题。

调整方案：为降低自一注水系统的整体运行能耗，结合该地区注水井的实际生产情况，对该注水系统实施“高低压分离、局部增压”的技术改造措施，将自一注水站系统分为两个压力系统（22Mpa系统和12Mpa系统），同时对军23-27井实施单井地面增压注水。

自一注水站系统节能改造实施效果预测：

自一注实施高低压分离改造后，22MPa系统注水量为380m3，系统运行压力较改造前下降1.0MPa，12MPa系统注水量为870m3，系统运行压力较改造前下降11.0MPa，节能效果如下：

①、22MPa系统节电量

N-节电量（KW.H）

P2-改造前运行压力（MPa）

P1-改造前运行压力（MPa）

Q-注水量（m3/h）

总计节电量=（5.77+128.67+33.42）×24×365=147.05（万千瓦时）。

④、增注泵增加的耗电量

军23-27新上120m3/10.0MPa增压泵一台，电机功率37KW，年增加电量 =37×0.7×（n柱 -n增）×24×365=337×0.7×（0.8-0.5）×24×365=6.8（万千瓦时）

n柱-柱塞泵效率

n增-离心式增注泵效率

实际节电量=147.05-6.8=140.25（万千瓦时），每千瓦时电按0.78元计算，年节约电费109.4万元。

改造进度：该改造项目于4月15日完工。系统实施改造后，实现日节电量3585KW.H。

2.3.2 自六注高低压分离改造

自六注改造前运行现状：自六注运行压力25.0MPa，系统下游有2台增注泵，规格为400m3/10MPa、300m3/10MPa各一台，共负责9口水井增压注水，配注量约430m3/d，其余3口水井，配注量约180m3/d。通过对注水系统的能耗分析，计划对自六注实施高低压分离调整，其中高压系统运行压力为35.0MPa,低压系统运行压力为25.0MPa。

调整方案：将自六注4#、5#柱塞泵更换为5ZB-12/42型注水泵，2#、3#（3H-8/450II型柱塞泵）换柱塞为38mm，改造后35.0MPa系统能力达到860m3/d，25.0MPa系统能力490m3/d。

改造进度：该改造项目于4月8日施工完毕。系统实施改造后，下游2台增注泵停运即可满足配注要求，实现日节电量3600KW.H。

2.4 优化调整注水泵站、增注泵及运行参数

2.4.1 调整注水泵站运行参数

针对采油厂部分注水泵站生产参数，存在泵压过高、能耗浪费的不合理现象，及时动态调整泵站运行参数，共调整3个泵站，实现日节电量1175KWh，1-5月份累计节电5.96万千瓦时。

2.4.2 优化调整机泵柱塞直径

针对官一注水泵站注水量与注水泵排量不匹配的情况，通过优化注水泵柱塞直径，将3#泵柱塞直径由38mm调整为35mm，通过降低单泵额定排量，满足下游注水井配注需求，避免了开回流阀门生产的问题，调整后运行变频由20HZ升至30HZ；在保证注水量不变的情况下，注水泵站单耗由10.728kw·h/m3降至 10.08kw·h/m3，实现日节电340KW.H，年节电11.2万千瓦时，节约电费约8.8万元。

2.4.3 优化调整增压泵

针对部分增注泵存在“大马拉小车”不合理现象，采用动态调整的方式进行优化调整，2013年1-5月份共新购置3台、盘活4台、调整增注泵18台。调整的增注泵负载率由55%提高到68.5%，增压注水单耗降低0.1KW.H/m3·MPa，日节电量1200KW.H左右，1-5月份累计节电量10.8万度。

2.4.4 优化调整增注泵运行参数

针对采油厂部分增注泵生产参数存在泵压过高、能耗浪费的不合理现象，及时动态调整增注泵运行参数，共调整28台次，日节电量13340KW.H，1-5月份累计节电102.3万千瓦时。

2.4.5 调整低压注水井

针对采油厂部分注水井，注水压力低，仍在高压系统注水的不合理现象，及时调入周边低压系统，共调整22口井，日节电量7206KWh，1-5月份累计节电45.8万千瓦时。

2.5 应用“射流”除垢技术

2.5.1 技术原理

清洗仪器上设计安装了内振系统和射流喷嘴，将清洗仪器投入管道中，在水力的推动下旋转行进，水流自尾翼压入内振系统，猛烈收缩又急剧膨胀，生成无数空泡，汇入喷嘴后，在清洗仪器周围形成爆破性冲击射流，击打前方的管垢，然后与冲击清洗下来的碎垢一道汇聚成湍流，向前窜动，直达排污口。

2.5.2 技术特点

采用的是物理清洗，施工过程中不产生任何有毒气体，安全可靠。操作简便，一旦清洗仪器卡阻，用泵车反打水，一般情况下清洗仪器能顺利退出，不会卡堵管道。通过能力强，可通过1.0D弯头。管道除垢较彻底，除垢率达90%以上。

通过采用“射流”除垢技术，完成了30单井管道、10条注水干线的除垢工作，除垢管道平均压损由除垢前的2.3MPa降至0.7MPa，净降压损1.6MPa，实施除垢的注水管道基本消除了水质的二次污染，同时通过除垢降压损，实现日节电680KW.H，经济及社会效益显著。

3 结论及建议

3.1 结论

3.1.1 实施高低压分离改造可显著降低注水系统能耗

通过优化系统管网及工艺流程，合理设定系统注水压力，将不同注水压力的注水井分别调入不同压力等级的注水系统，可显著降低泵站注水单耗。

3.1.2 优化机泵生产工艺参数是减少能源浪费的有效措施

应有专业部门负责，采取生产参数审批制度，同时根据生产情况及时优化调整，在满足生产需要的前提下，最大程度提高设备负载率，避免“大马拉小车”等问题，减少能源消耗浪费。

3.2 建议

3.2.1 增加增压泵的增压等级

目前现场应用的增压泵只有增压10MPa、15MPa两个等级，不能满足生产要求，建议根据需要定制相应压力及排量的增压泵，如增压5MPa，提高高压离心泵的机械泵效，降低能耗。

3.2.2 调整注水泵电机皮带轮直径

虽然目前注水泵均配套了变频调速控制柜，变频控制器在频率接近工频运转时，能耗高于工频运转，变频控制器在频率低于20HZ时不能正常运转，需要开回流运转。由于下游所需配注的变化，变频控制器的运转频率往往不能选择，因此调整注水泵电机皮带轮直径，使之在最佳工况点运行，可有效降低能源消耗。

3.2.3 推动官二注1#、2#、3#三座注水泵房的联网运行

官二注1#、3#注水泵房同属一个注水系统，注水能力4800m3/d，实注3470m3/d，泵压25.0MPa，由1#分水阀组进行分水。官二注2#注水泵房注水能力2400m3/d，实注1800m3/d，泵压25.0MPa，由2#分水阀组进行分水。根据官二注分水阀组存在的腐蚀渗漏严重、影响注水时率及官二联发电机组改造工程的需要，为保证官二注的平稳运行，将1#泵房5台泵移至2#泵房，同时对官二注两座分水阀组进行调整：将2#分水阀组报废，其所辖的王1、2、3、4站注水干线全部调至1#分水阀组，实现3座注水泵房的联网运行。预计运行11台泵（1台变频），比优化前减少了1台机泵运行，可实现日节电3000KW.H。

3.2.4 实施定期通球除垢

加大注水管道周期通球工作力度，对具备通球流程的70余条单井管道进行周期通球；同时，组织完成枣10站、枣11站、王7站等系统注水干线的射流除垢，减少压力损失，同时消除管道沉积物对水质的二次污染。