油田注水系统能耗指标计算方法探讨

梁晶 马明桃

（1.中国石油天然气股份有限公司规划总院；2.中国石油大学（华东））

油田注水系统能耗指标计算方法探讨

梁晶1马明桃2

（1.中国石油天然气股份有限公司规划总院；2.中国石油大学（华东））

反映油田注水系统的能耗指标有很多，但在评价不同的注水系统时又没有一个单一的指标可以直接进行比较。通过分析现有常用指标的适用性及原理，指出了这些指标在应用中存在的问题，同时分析注水系统能耗指标的影响因素，并研究如何消除这些因素引起的指标值的不可比，最终找到一个能够以数值大小直接反映不同注水系统之间能耗水平的指标。

注水系统；能耗指标；单位压力注水量电耗

1 注水系统能耗指标现状

分析注水系统能耗状况的指标有很多，比较常用的包括注水系统效率、单位注水量电耗、单位压力注水量电耗等，这些指标各有特点，但在应用上都存在一定的问题，就是不同条件下的指标数值往往不能直接对比出好坏，或者指标本身可比，况且指标计算难度大，应用困难，评价不准确。

注水系统效率[1]是一个综合考虑注水泵效率、电动机效率和管网效率[2]的指标，其表达式为

式中：η——注水系统效率，%；

可以看出，要想计算出注水系统的整体效率，必须首先检测泵效率、电动机效率和管网效率，而这些数据往往难以大批量一次性测得。对于油田，每年采取抽测的办法对泵进行效率检测。从数据上来看，泵效数据的波动范围很大，数据稳定性较差，很大一部分原因是与检测时的各种环境条件及设备条件有关。因此，很难及时获取准确全面的注水系统效率指标数据，且管网效率数据更是无法准确测量，难以获取大量、准确的指标数据，最终导致了指标的不可用。

单位注水量电耗是油田注水生产用电量与注水量的比值[3]，其表达式为

式中：Dzs——单位注水量电耗，kWh/m3；

Pzs——油田注水用电量，kWh；

Gzs——油田注水量，m3。

从计算式中可以看出，计算指标所需要的注水量、耗电量都是油田常规的生产或能耗采集数据，比较容易取得；因此，指标在一定程度上解决了系统效率指标应用中存在的问题，但指标本身的数值大小并不可比。例如，不同的压力系统，指标数值必然不同，压力等级高、注水量大的注水系统，指标值也会比较高，不能单一依靠指标值的大小评价注水系统能耗水平的高低。

单位压力注水量电耗指标，是在单位注水量电耗指标中，加入了对注水压力的考虑，消除了不同压力等级注水系统对指标值的影响，其表达式为

式中：Dyzs——单位压力注水量电耗，kWh/(m3·MPa)；

Pz——油田注水压力，MPa。

但由于指标中的油田注水压力用的是注水站泵出口压力核算，因此，指标的数值大小仍然不能直接作为评价注水系统能耗水平的依据。这里举一个简单假设的例子：对于两套注水系统，注水站泵出口压力均为15 MPa，由于管理方式及管网的实际情况不同，第一套注水系统的沿程损失为2 MPa，即实际有效的注入压力为13 MPa，而第二套注水系统的沿程损失为4 MPa，即实际有效的注入压力为11 MPa（图1）。

图1 两套注水系统示意图

假设其他所有条件两套注水系统均相同，显然，第一套注水系统的能量损失更小，有效注入能量[4]更多，那么它的能耗指标值理应好于第二套注水系统；然而应用单位压力注水量电耗指标得出的结论却不尽然。在这两种情况下，由于注水站泵出口压力均是15 MPa，得出单位压力注水量电耗指标是一致的，因此，不能评价哪套系统能耗水平更好。

通过以上研究，出现以上指标不可比的问题的根本在于，指标本身考虑的影响因素中，未考虑一些必然会影响指标变动的因素，这些因素直接或间接导致了指标的不可比。比如，注水单耗指标考虑了注水量却没有考虑注水压力，单位压力注水量电耗指标虽然考虑了注水压力，但考虑的并不是有效注入压力。

因此，想找到一个可以直接反映注水系统能耗水平，并且其值的大小可以直接进行比较的指标，需要首先考虑影响注水系统能耗的因素都有哪些，是否有可能将所有的影响因素归集到指标中反映出来，从而消除这些因素的影响。

2 影响注水系统能耗指标的主观和客观因素

在《油田注水系统能耗指标及其影响因素分析》[5]一文中总结了注水系统能耗指标的影响因素，在此基础上，对影响因素进行了进一步的完善，得出注水系统能耗指标影响因素[6]（图2）。

在这些影响因素中，并不是每一个因素都要全面考虑其对能耗指标的影响，需要考虑的是那些很难人为改变的又直接能够影响指标大小的因素。据此，可以将影响因素分为主观和客观因素。

1）主观因素：人为可以改变，并随着技术及管理水平的改变而改变的因素。这类因素会对研究能耗指标的高低大小产生影响，但通过人为控制或技术提升，可以降低影响程度。比如注水系统的注水泵机组效率，效率越高，自然各能耗指标值会降低；然而泵机组效率是可以通过换泵、调泵、优化等措施进行干预。因此，泵机组效率并不是一个根本的影响因素，而且由于泵机组效率可能是众多影响因素中的一个，也并不能就此判断注水系统的能耗指标高低。主观因素的意义是在进行评价后，为了分析原因从而对评价对象进行改进所需要深入研究的因素。例如，当注水系统的能耗指标被评价认为过低时，可以从泵机组效率、管网效率等方面入手考虑，通过对这些因素的分析找出造成指标过低的原因，从而进行改进。

2）客观因素：现实存在的，很难通过人为努力而改变的因素，这些因素的不同直接导致指标数据的不可比。比如注水压力，要满足地层需求，必须提供足够的注水压力，而不同的注水压力又势必引起能耗指标的变化；因此，注水压力不同的两套系统的能耗指标不可直接对比。客观因素的意义在于为了在执行评价时消除或者平衡不可比因素，尽量保证被评价的对象处在同一可比的水平。

根据上述思路，得出注水系统的主、客观因素分别包括：设备因素和管网运行因素，即注水泵运行效率、电动机运行效率、管网运行效率、注水管网工艺等；管网因素（高程变化），地层因素（注水压力、注水量）。

3 单位压力注水量电耗的计算方法

由以上分析可知，需要在指标中消除注水压力及注水量两个因素的影响，且注水压力为实际有效的注入压力，因此，引出了井口平均注水压力的概念。

图2 影响注水系统能耗指标的因素

井口平均注水压力，是对整个注水系统中各单井的压力和注水量综合考虑的因素，采用加权平均的计算方法，将两个因素的影响综合考虑。计算井口平均注水压力公式为

在单位注水量电耗的基础上，应用井口平均注水压力进一步核算每单位压力的注水量电耗，得到的指标计算式为

这个单位压力注水量电耗的指标值，既可解决之前指标不可比的问题，又可很好地反映出注水系统实际的能耗水平。有效注入能量大的注水系统，其指标值必然小于有效注入能量小的注水系统。

对于平原地区，或高程起伏变化不大的地区，应用井口平均注水压力核算的单位压力注水量电耗可以很好地适用。即使高程起伏变化较大，也可以计算一个附加能耗，对指标进行简单的修正即可使不同高程条件下的注水系统能耗水平变的可比。

4 结论

通过以上分析可得，应用井口平均注水压力核算的单位压力注水量电耗指标能够很好地反映注水系统能耗水平，同时不同注水系统的该指标值可以直接进行对比（高程不同需另外考虑进行修正），相比用泵出口压力核算的指标更合理。建议标准中考虑对单位压力注水量电耗指标的计算方法进行修改。

[1]梁光川，郑云萍，彭自学，等.油田地面注水系统效率分析[J].西南石油学院学报，2001，23（2）：62-65.

[2]中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司.低渗透油田注水系统能耗分析指标与测试计算方法：Q/SYCQ 3403—2010[S].西安，2010.

[3]石油工业节能节水专业标准化技术委员会.石油企业耗能用水统计指标与计算方法：SY/T 6722—2016[S].北京：石油工业出版社，2016.

[4]刘雨薇，杨凯.注水系统能耗计算分析[J].辽宁化工，2016（7）：900-902.

[5]梁晶，毛建国，吕亳龙.油田注水系统能耗指标及其影响因素分析[J].石油石化节能，2016，6（3）：37-39.

[6]徐仲其.注水系统效率影响因素分析与对策[J].江汉石油职工大学学报，2012，25（2）：20-22.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.04.006

2016-12-19

（编辑 李发荣）

梁晶，工程师，2011年毕业于中国石油大学（北京）（油气储运工程专业），从事油田节能降耗方面的研究工作，E-mail:jing.liang@petrochina.com.cn，地址：北京市海淀区志新西路3号中国石油规划总院，100083。