注水系统节能降耗措施研究与应用

张凤 聂聪 梁世英 王海凤 林晶

摘 要：渤南油田油藏类型多、构造复杂，导致注水系统压力高、分布较为分散，注水单耗很高。文章介绍了近年来渤南油田在提高注水系统效率、降低能耗方面实施的重点措施，以及由此带来的一些关于节能降耗方面的认识和思考。

关键词：注水系统；节能降耗；应用分析

1 概况

河口采油厂采油302队管辖渤南油田二区、三区、渤深六等低渗透区块，现有注水井64口，开井41口，日注水量3000方，平均泵压27.3兆帕，油压23.5兆帕。有高压注水泵站11座，配水间12座。随着对节能要求的不断提高，作为一个典型的高压注水大户，其能耗问题是不容忽视的。

注水系统主要是由电机、注水泵、注水管网、调节阀、井口以及注水井等构成。沿注水流程，用节点分析技术对注水系统进行能耗分析。

注水系统的能流模型图

由图可知，要降低注水能耗，必须从降低D1、D2、D3、D4入手。

2 影响注水系统能耗的因素

下面从电机、注水泵、注水管网三方面对影响注水系统能耗的因素进行分析。

2.1 电机能耗分析。注水系统电机与注水泵不匹配，造成“大马拉小车”现象，使功率因数降低，电机效率降低，致使无功损耗增大。

2.2 注水泵能耗分析。注水泵主要是柱塞泵。柱塞泵损失是由泄漏损失、充填损失、机械摩擦及粘性摩擦引起。另外，由于柱塞泵无法调节水量，而实际生产中注水量又时有波动，这样就造成排量与实际注水量不能合理匹配，为按实际需求注水，只能将部分高压水打回流，从而造成能量损失。

2.3 注水管网能耗分析。注水管网主要由管线、阀门、弯头及三通等组件组成。影响注水管网能耗的因素分析如下：（1）泵管压差损失。泵站泵管压差大一方面是因为实际注水量远小于额定排量。另外系统电压不稳定，为避免电机超负荷运行，操作人员只好控制泵出口阀，使泵在小排量、高扬程工况下运行，使泵管压差偏大。（2）注水干线沿程管损和单井管线管损。由于管线管损受管线内径、内表面粗糙度和流体粘度影响很大，造成注水管线管损普遍较高。（3）配水间配水节流损失。因注水井注水压力差别大，为控制注水量在配注范围内，低压注水井的高压来水剩余压力被配水间阀门节流掉了。（4）阀门、弯头、三通等局部损失。

3 存在问题及能耗节点潜力分析

3.1 注水系统节能降耗面临的主要问题。（1）注水系统设备老化。我队除31号泵站外，均于建队初期投入使用。注水系统设备投用时间长，泵设备老化严重，维修频率高，泵效低，能耗高，对注水系统效率的提高影响较大；管网结垢、腐蚀穿孔严重，压力损失大造成系统效率低。（2）注水井压力差异大。同一注水管网的注水井压力差异大，注水量波动大，且无法通过管网进行调配，只能按最大注水压力运行，注水压力低的井通过阀门节流。因此，注水压力越低的井损失的能量越多，从而降低了整个注水系统的效率。（3）注水管网效率低。一是注水管网建设早，满足不了注水量增长的需要；二是部分管网随着注水开发方案的调整出现布局不合理，一部分干线注水负荷增大，而另一部分干线则注水负荷减少；三是注水水源为油田采出污水，水质处理不合格造成管网腐蚀结垢严重，管线穿孔爆裂情况时有出现。

3.2 注水系统能耗潜力分析。（1）推广应用注水泵新技术，提高注水泵机组效率。对于投用年限长、泵效低、大修频繁的泵，计划逐步分批次进行更换，提高泵运行效率，达到节能降耗的目的。（2）推广分压注水、增压注水技术，提高注水系统效率。针对注水井压力差异大的情况，遵循整体降压、分区分压、局部增压、合理搭配注水工艺技术的原则，对注水压力进行分析，对中低压井采取整体降压，高压井采取局部增压和分区分压的注水工艺，进一步提高注水系统效率，降低注水能耗。

4 注水系统节能降耗的技术措施

注水系统能耗巨大，随着注水需求的不断增长，注水能耗还将进一步上升。对此进行了大量技术研究与改造，使平均注水效率得到了提高。

4.1 降低电机损失。做到合理配置电机，主要从以下三方面入手：第一，选择节能型高效电机；第二，针对生产中存在的各种腐蚀现象，选用封闭式电机。第三，功率与负荷合理匹配，避免大马拉小车，造成无功功率损失。

4.2 注水泵节能改造技术。在注水系统中，因泵效低而造成的能量损失最多，因此，注水泵节能是降低注水系统能耗的關键。由于注水泵性能与系统负荷不匹配造成能量浪费较大，系统效率偏低，主要表现在：①注水泵排量与注水井配注量不匹配；②部分低效泵能耗高。对此，应做到注水泵型合理匹配，以提高运行效率。注水系统中导致泵运行效率低的主要原因：一是泵的额定工况与注水工艺参数不匹配而被迫选用大排量泵，然后又用阀门节流；二是所需排量介于一台泵和两台泵之间，导致并联的两台泵各自运行在小流量低效区。据此进行注水泵型匹配组合研究，采用大小泵合理搭配，尽可能减少回流，使泵排量与实际注水量匹配相当，保持在高效区运行，达到节能的目的。

4.3 注水压力系统及管网优化技术。要提高管网效率，需要进行压力系统及管网优化调整，主要技术包括：（1）合理布站优化系统管网流程。注水站尽量布置在注水管辖区的中心位置，注水半径不易过长，要将注水泵到注水井口的压力损失控制在1MPa之内。对于边远区块，可采用低压长距离供水，小站高压短流程注水，减少因高压管线过长而造成的管网沿程阻力损耗。（2）降低管网摩阻损失。主要采取的措施有：a.合理选择注水管管径。b.降低管道内壁粗糙度，减少由于粗糙而引起的管网磨损与能量损失。c.严格控制注入水水质。d.减少局部阻力损失。尽可能在管网中少置三通、变径、弯头、阀件等部件。e.在满足注水量和注水压力的前提下，尽可能减少管线长度。（3）分区分压注水技术。针对注水压力分布散、高压井比例大的情况，分区分压注水工艺技术是提高其管网效率的最主要措施。

5 结束语

随着油田注水需求的不断增长，注水能耗也将急剧增长。因此，降低注水能耗增长速度、研究节能降耗措施成为当前降低生产成本的主要方面。只有通过对影响注水系统能耗因素及注水系统节能降耗面临的主要问题潜力点进行深入分析，从实际出发提出注水系统节能降耗的技术措施，对注水系统节能技术发展趋势及重点攻关方向有成熟的思路和方法，才能保证注水系统节能降耗工作有一个长远的发展前景。

参考文献

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