浅析提高油田注水系统效率途径

赵 琳，任志华，党秀丽

(1.陕西省环境管理体系咨询中心，陕西 西安 710054;2.长庆实业集团质量安全环保科，陕西 西安 710010)

注水是油田开发的重要技术措施之一，它有效地补充了地层的能量，对提高原油采收率，确保油田高产、稳产起到了积极的作用。然而注水系统的耗电量巨大，注水系统的维护费用占油田开发成本的比例较大，约30%～40%。随着油田综合含水率的上升，注水能耗还将不断上升。因此，提高注水系统效率、实现节能降耗具有重要的经济意义和实际意义。

油田注水系统主要由电机、注水泵、配水间、注水管网、注水井等组成。除了注入地层的有效能量外，注水系统能量还要消耗在电机、注水泵、调节阀、管网和井口等处，这些能耗一起构成了注水系统的总能耗。

针对小河油田注水系统布局分散、效率低下等现状，本文通过计算分析各注水站系统的注水泵、注水管网以及注水系统效率，给出了各注水站系统的能耗分析，提出对现有注水系统整合改造建议，从而提高注水系统效率，节约能耗，降低油田开发成本。

1 小河油田地面注水系统现状

小河油田共有注水站共2座(杨53、杨16)，配水间6座(杨 58、杨 53、杨 55、杨 49、杨 16、杨 13)，注水井 26 口(实开25口，杨56-31停住)，总配注量为590 m3/d，实注量为588 m3/d。各注水站系统情况见表1，注水系统布局见图1。

表1 小河油田各注水系统状况

2 小河油田地面注水系统存在问题

油田地面注水系统是油田地面工程五大系统之一，在油田生产中具有十分重要的地位，而注水系统效率是一项反映油田注水系统地面工程综合性的指标，注水系统效率的高低直接影响着原油生产成本的高低，在某种程度上对水驱效果也会产生很大的影响。

2.1 设备方面

注水泵配置与利用不合理。由表(1)可以看出小河油田杨16、杨53注水站均采用型号为ZB3125S-16.8/20的柱塞泵注水，注水泵运行实行“一运一备”工作制度，该泵理论排量为16.8 m3/h，泵出口压力最高可达20 MPa。目前杨16注水站配注只有9.58 m3/h，杨53注水站配注却已达到15 m3/h(基本已达到泵的理论排量)。注水泵配置与利用不合理，导致注水泵泵效偏低。

2.2 流程方面

1)注水系统注水管网整体布局不合理。由图1和表1可以看出杨53注水系统注水半径较大(4.6 km)，辖配水间6座，注水井15口;杨16注水系统注水半径很小，辖配水间1座，注水井6口。这样的布局使得杨53注水系统沿程能耗较大，为了保持注水井口压力，则需要增大泵压，继而增大了电机输入功率，从而导致系统能耗很大;

2)杨16注水泵配注量较小，将近有42.9%的高压回流，因此损耗了大量的电能;

3)新增配注量主要依托已建系统，站外系统管线敷设较长，管线的沿程损失较大。

2.3 管理方面

注水系统分散不利于注水精细化管理。注水量变化受主观因素影响较大，只能人工调节阀门来控制流量，注水系统压力波动，会出现超注、欠注现象。

2.4 油田开发方面

随着小河油田含水率的不断上升，新区块的不断开发，注水需求会越来越大，对注水压力的要求也会越来越严格和精细。2013年注水井措施计划中，有4口井对水量进行上调，两口井实施周期注水，一口井实施转注，共计需上提注水量70 m3/d。

油田开发后期还要实施排状注水等措施，对注水系统将提出更新、更高的要求。

3 小河油田地面注水系统改造形势

目前小河油田已进入中高含水开发期，为保持油田稳产，注水量将随之增加，注水耗电量也随含水率的上升而急剧增长，有研究表明当含水率超过70%时，注水系统用电将超过整个油田用电总量的40%。油田现有注水系统分散且布局不合理，注水系统效率较低、能量损耗较大。为提高油田注水系统效率，节约用电，实现注水集中管理，精细化管理，同时随着注水新区块的不断开发、油田对注水需求会越来越高，对注水压力的要求也会越来越严格和精细。因此，对小河油田现有注水系统进行改造、整合非常必要，也势在必行。

注水系统效率指标的构成要素中，由于电机效率变化幅度很小，为次要因素，因此注水系统的效率主要由注水泵效率和注水管网效率决定。

3.1 注水泵效率

在注水系统能量损失中，因泵效低而损失的能量很多，占总损能量的60%左右。因此，提高注水泵效是提高注水系统效率的关键。

1)注水泵效率计算理论依据。

注水泵单机效率ηz可用流量法。

流量法

机泵单元输出的能量可通过各机泵输出的压力表和流量计求出，输入的能量为总电能。机泵效率的大小，反映了电机与注水泵的匹配情况和注水泵的性能。利用流量法计算注水泵效率的计算式为

2)注水泵效率理论计算结果。小河油田采用柱塞泵注水，主要有杨16、杨 55注水站的型号为 ZB3125S-16.8/20两台注水泵(注水泵 +电机)注水，各站泵的运行参数如表2:

将表2中数据和代入公式2，得到

杨16注水系统:注水泵效率 η为54.66%;杨53注水系统:注水泵效率 η为82.17%。

3.2 注水管网效率

对于一个封闭的注水单元，地面管网效率计算公式如下

理论计算:

分别计算小河油田杨16、杨53注水系统管网效率，各注水系统注水情况见表3、表4。

表2 各注水站注水泵运行参

表3 杨53注水站注水情况表

表4 杨16注水站注水情况

将表3、表4中数据代入公式(4)，得到:

(1)杨53注水管网系统效率65.4%;

(2)杨16注水管网系统效率72.11%。

3.3 注水系统效率分析

油田地面注水系统主要由注水站、注水管网、配水间、注水井口四大部分组成。注水系统效率是指油田地面注水系统范围内有效能与输入能的比值。根据有关规定注水系统各部分效率值的要求见表5、表6。

表5 注水系统各部分效率要求

表6 小河油田各注水系统效率汇总

3.4 注水系统能耗计算

从能量传递角度讲，注水的能量分为两部分:

(1)经管道传递到油层的有效能量。

(2)地面系统的能耗损失，即地面系统压力损失。

油田注水系统能耗分析可细分为四部分:电机能耗、注水泵能耗、注水站一配水间能耗、配水间一注水井能耗。其中注水泵、注水站一配水间、配水间一注水井部分能耗为油田注水能耗中的主要能耗。

4 结语

由于2013年油田开发的调整，杨53注水系统增加注水量65 m3/d，而目前杨53注水站注水泵满负荷运行，不能满足2013年的注水要求，更换新泵不仅不实际，而且解决不了注水系统效率低、管理难度大的问题。因此，改造杨53注水站非常有意义，既能合理优化注水井网，实现资源的合理分配，又能满足油田注水开发的要求。杨53注水站施行集中注水后，使全区注水泵达到合理的分配，同时引进变频电机后，提高了泵效，每年可节约电费15万元，为企业带来了实实在在的环境效益和经济效益。

通过对小河油田地面注水系统现状及效率分析，反映出小河油田注水系统分散;管理难度大;注水系统效率低、能耗大;注水泵配置与利用不合理等问题。其中注水系统布局不合理，与油田开发对注水要求之间的矛盾日益突出，而且考虑到随着油田含水率的上升，对油田注水提出新的挑战。因此对杨53、杨16注水系统进行整合改造，一方面:提高注水系统效率、降低注水能耗、实现注水精细化管理;另一方面为油田后期注水开发做好充实的准备，打好稳固的基础。进一步提升企业的生产和管理水平。

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