陆梁油田注水系统优化研究

桂文宇何冯清熊小琴李本双

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院；2.新疆油田公司工程技术研究院方案规划研究所）

陆梁油田注水系统优化研究

桂文宇1何冯清2熊小琴2李本双2

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院；2.新疆油田公司工程技术研究院方案规划研究所）

陆梁油田陆9井区存在注水能力不满足地质配注需求、管网压损较大、两套注水压力系统分布失衡、注水系统效率低等问题。针对这些问题分别对注水系统的站区和油区进行优化。优化后提高了注水能力，降低了管网压损，达到了提高注水系统效率，降低注水单耗的目的，满足了油藏开发“注够水”的地质需求，为低渗透油田稳产、增效起到了重要作用。

陆梁油田；注水能力；管网压损；注水系统效率；优化

陆梁油田于2001年投入规模注水开发，建成新世纪新疆油田第一个百万吨整装沙漠油田，至今已有15年，其主力油藏均属薄层边底水油藏，已进入“双高”（高含水、高采出程度）开采阶段。为保持油田稳产，持续采取了以水平井开发为核心的一系列注采结构立体调整措施，导致注水量迅速增加，原有的注水系统已不能满足多层系、多井网地质配注需求，注水单耗偏高，注水系统整体效率偏低。如何对注水系统进行合理的优化，进一步优化系统配置，提高注水系统效率，实现注水系统既能最大限度满足油田注水地质需求，又能达到节能降耗，降低水驱油田开发生产成本，具有重要的指导意义[1]。

1 注水系统存在主要问题

陆梁油田陆9井区设有高、低压2座注水泵房，分别承担着陆9井区呼图壁河组油藏和头屯河组油藏、西山窑组油藏及陆22井区的注水任务。该井区注水系统存在的问题有：高、低压系统的设备注水能力满足不了地质配注需要；由于油田不断地加密，油水井数不断增多，地质配注量逐年上升，设备注水能力不足地质配注的70%；局部注水管网口径偏小，管输能力不能满足地质配注需求。油田注水是一个不断调整的动态过程，随着注水井数量、配注量的不断增加，原来设计的注水管网结构以及管径大小等已经不能很好的适应油田注水开发的需要，导致目前注水管网效率偏低，两套压力系统注水压力分布失衡。陆9井区自开发以来实施分压注水，但随着油田的不断开发，低压系统欠注井增多，注水压力大于8 MPa的水井占低压系统总井数的18%；高压系统大部分井注水压力偏低，小于8 MPa的注水井占高压系统总井数的74%，导致节流损失大，能耗高；注水系统效率低，高压系统注水效率低至29.8%，注水单耗高至8 kWh/m3。

2 系统优化

对于注水开发油田来说，提高注水系统效率应从提高注水泵站和注水管网效率入手，这两方面是相互联系、相互影响的[2]。因此，需要分别对注水泵站和油区管网两方面进行优化，提高注水系统效率，达到降本增效的目的。

2.1 注水站区系统

2.1.1 适应性分析

陆9井区高、低压系统未来5年注水需求量预测及能力平衡见表1。

表1 陆9井区高、低压系统未来5年注水需求量预测及能力平衡

由表1可知，高、低压注水系统从2016年开始就无法满足地质配注需求，高、低压系统的设备注水能力均不足。

2.1.2 系统优化

提高注水泵效率是提高注水系统效率、降低注水能耗的重要手段。从注水泵运行泵效高低的情况来看，柱塞泵泵效较高，平均泵效81.2%，基本处于较高水平；离心泵泵效较低，只有65.4%，基本处于较低水平。在实际生产中，一般离心泵的额定扬程都高于实际注水干线的回压，并通过节流阀门进行注水压力和水量的调节。如果泵型选择的不合理，泵的实际排量与额定排量相差较大，使泵不能在高效工况区运行，造成实际运行泵效低，同时也加大了节流损失，降低了管网效率。柱塞泵具有排量小、泵效高、注水压力高的特点，通过对注水量较少、节流损失大、注水压力较高的低效离心泵站实施高效柱塞泵进行代替离心泵的技术改造，以提高泵站运行泵效及管网效率[3]。由于该区块注水量较大，只采用柱塞泵，则台数会很多，只采用离心泵，泵效会较低。因此，采用离心泵+柱塞泵的方式运行，优先开启离心泵，使离心泵满负荷运行，离心泵运行完余下的水量由柱塞泵来打，柱塞泵采用变频控制。

站区具体改造措施：低压系统增设3台排量为280 m3/h的离心泵，高压系统新增设2台排量为250 m3/h的离心泵和4台排量为42 m3/h的柱塞泵；同时新建2座2000 m3注水罐和4座分水器。

2.2 油区注水系统

2.2.1 注水井优化

陆9井区自开发以来有高、低压两套压力系统注水，但随着油田的不断加密，高、低压系统的压力分布存在着问题，高压系统注水压力小于8 MPa的注水井占高压系统总井数74%，低压系统因欠注而注水压力大于8 MPa的注水井占低压系统总井数18%。迫切需要对高、低压系统注水压力相差较大的井进行优化，以便解决高压系统部分水井节流损失大、低压系统欠注的问题。

具体调整改造措施：将高压系统注水压力小于8 MPa的17口注水井就近接入低压系统，将低压系统因欠注而注水压力大于8 MPa的25口注水井就近接入高压系统，无法依托且相对集中的井就近新建配水间。

2.2.2 注水管网优化

2.2.2.1 适应性分析

陆9井区有高、低压2套注水管网，分别建有7、8条注水干线，其中有4条干线均是油田开发初期建设的。随着油田的开发，注水量迅速增加，部分干线的管输能力不足，管网压损增大。

采用PipePhase软件模拟计算高、低压注水系统的注水情况，模拟出高压系统2016年管网压损范围为0.33～3.75 MPa，其中A、C线压损均超过了3 MPa；低压系统2016年管网压损范围为0.19～1.12 MPa，其中C、D线压损均超过1 MPa；2021年管网压损范围为0.32～2.8 MPa，其中B、C、D线压损均超过了1 MPa，最大压损为2.8 MPa。因此，高、低压系统管输能力不足的干线需进行优化。

2.2.2.2 注水管网

利用PipePhase软件模拟调整高、低压注水系统注水管网，模拟出需要新建干、支线，增大管径，合理优化各条干线所带配水站。

1）注水干线。具体优化改造措施：高压系统新建注水A、D线的复线A-1、A-2、D-1，均采用DN150的非金属管线，将11、17号站接入新建A-1注水干线上，将10、13号站、新建1号（10）站接入新建A-2注水干线上，将2（2-1）、3（3-1）号站、22、新建2号（5）站接入新建D-1注水干线上；新建1条注水线I至19号站附近，采用DN100非金属管线，将15、16、19、20号站接入新建的注水干线上。

低压系统新建注水B、C、I线的复线B-1、C-1、I-1，分别采用DN200、DN150、DN150的非金属管线，将6（6-1、6-2）、22-1、5（5-2）号站接入新建B-1注水干线上，将2（2-1）号站接入新建C-1注水干线上，将13（13-1）、11号站接入新建I-1注水干线上。

2）注水支线。高压系统注水支线大部分采用DN65非金属管线，远远不能满足新增注水需求，需要对口径小流量大的支线进行更换。新建DN80注水支线4.17 km，新建DN100注水支线4.07 km，均采用非金属管线。

低压系统部分配水间的配注量达到了400 m3/d以上，加上多个配水橇共用1条注水支线，现有的DN80注水支线不能满足注水需求。新建DN80注水支线0.77 km，DN100注水支线6.03 km，新建DN150注水支线1.5 km，均采用非金属管线。

3 优化效果

1）合理改造注水站，增加高、低压系统的注水设备，解决了陆9井区注水系统配注能力不满足地质配注需求的问题。改造后，高压系统注水能力由原来的4300 m3/d提升至9000 m3/d，低压系统的注水能力由原来的8600 m3/d提升至18 000 m3/d，能较好地满足陆梁油田未来5～10年的注水增量需求，具有较强的适应性。

2）注水井的优化，解决了高压节流损失、低压欠注的问题。

3）合理优化油区注水管网，增加注水干、支线，解决了管输能力不足、管网压损大的问题。优化后管网压损控制在1 MPa以内，满足注水规范要求。

4）通过对站区和油区的优化，提高了注水系统效率，降低了注水单耗。注水系统优化前后效率对比见表2。

表2 注水系统优化前后效率对比

由表2可知，优化后高压系统的注水系统效率由29.8%提高至40.72%，注水单耗由8 kWh/m3降至5.4 kWh/m3；低压系统的注水系统效率由44.9%提高至45.2%，注水单耗由4.2 kWh/m3降至3.9 kWh/m3。

4 结论

油田注水系统的高耗能问题，一直是制约我国油田开采效率的重要影响因素[4]，油田注水是开发的基本方式，是维持油田高产稳产的重要手段，而注水耗电一般要占油田总用电的33%～45%[5]；因此，根据油田开发形势的变化及注水需求，适时对注水系统进行优化，既可满足高含水阶段稳产，又可节能降耗。陆梁油田注水系统优化改造后，可日节电2.6×104kWh，年节约电费647万元，新增注水量1576 m3/d，解决了54口井欠注的问题，预计每天增油15 t，年增油4500 t。

注水系统优化应充分考虑注水规模、压力需求及注水区域位置分布等相关因素，选定合理的设备及注水工艺，加大新技术、新工艺的研究，力争做到在满足油田生产的前提下，达到节能降耗，提高油田开发经济效益之目的[6]。

[1]丰国斌.对油田注水系统节能降耗的探讨[J].油气田地面工程，1996，15（1）：17-18.

[2]范云敏，崔本敬，黄健，等.提高注水系统效率的研究与实践[J].河南石油，2003，8（17）：34-35.

[3]顾晓，窦守进，李国生.注水系统节能降耗技术应用[J].资源节约与环保，2008，24（3）：49-53.

[4]高鹏.关于油田注水系统节能降耗途径的研究[J].化工管理，2016（2）：157.

[5]余刚.油田注水系统节能降耗潜力及措施分析[J].河北企业，2016（1）：116.

[6]王乙福.注水系统节能降耗技术[J].油气田地面工程，2007，26（8）：34.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.014

2017-04-12

（编辑 王艳）

桂文宇，中国石油大学（华东）石油工程学院在读，E-mail：2962790366@qq.com，地址：山东省青岛市黄岛区中国石油大学（华东）石油工程学院，266580。