台肇地区注水系统节能措施及效果

刘瑞雪（大庆油田有限责任公司第七采油厂）

1 现状

台肇地区自2000年投产以来，一直沿用柱塞泵注水工艺和单泵多井注入流程[1]。受储层物性差、层间和平面非均质性强的影响，进入中高含水阶段以来，部分注水井出现了压力高、吸水差甚至不吸水的状况。为满足个别井的注入需求，注配间增压柱塞泵需要输出较高的压力，大幅度增加了注水系统的能耗。针对存在的问题和潜力，遵循以整个注水系统降压节电，注配间至井口耗能节点全面治理，地面、采油和油藏的整治措施相互综合为技术思路，重点针对高压欠注井和单井压力差异大的注配间应用分压注水、变频调速、管线清洗和改造、酸化洗井、方案优化等技术措施，强化精细管理和精准治理，开展节能降耗工作。

台肇地区注水系统目前共有注水井278口，注水管线272.86 km，联合站1座，水质处理站2座，注配间29座，柱塞泵96台，日注水能力3300 m3，年耗电量444.94×104kWh。注入水经水质处理站处理后，低压输至注配间，再经小排量柱塞泵升压后，高压输至注水井。单座注配间内通常设置1～4台柱塞泵，并联运行，连接多口注水井[1-2]。

2 存在的问题

2.1 柱塞泵运行压力高，能耗较大

台肇地区受储层渗透率低影响，注水井注入压力较高，普遍高于15 MPa，22 MPa以上的井占比40%以上，各个注配间柱塞泵的泵压为22.52～22.9 MPa，较高的泵压意味着较高的耗电量。

2.2 低压注水井憋压，截流耗能

台肇地区受储层非均质性影响，不同注水井注入压力高低有别，即使对于同一注配间，注入压力也相差较大。以ZH212队的8个注配间为例，注水压力相差幅度普遍高于3 MPa（表1）。对于单泵多井注入流程，注入压力最高的井决定了柱塞泵的注入压力，注入压力相对较低的井则需要依靠阀门调节压力，注水井憋压，泵压损失较大，截流造成大量电能浪费。

表1 ZH212队注配间水井现场数据

2.3 单井争水抢水严重，注水波动

对于单泵多井注入流程，泵排量一定，现场利用阀门控制水量，高压注水井阀门几乎全部打开，低压井阀门轻微开启。注入水中的机械杂质可造成低压井阀门堵塞，管线震动易引发低压井阀门关闭，致使多余水量流向高压井，给设备管理带来一定困难，平稳注水难度较大。

2.4 管线腐蚀结垢

台肇地区部分注水管线使用年限较长，管壁结垢、腐蚀严重，注水压力损失较大，增加了无效的能耗，加之部分老化的复合管，出现穿孔、渗漏、损坏等现象[3]，对注水系统效率产生负面影响。

3 节能降耗措施

台肇地区注水系统节能降耗工作以注配间降压节电为目标，通过单井、管线、注配间“两点一线”开展治理工作，按照地面设备改造、降压增注措施、地质方案优化相结合的思路，深化注水系统能耗挖潜。鉴于注水井可以按照配注完成情况分为两类：多数的正常井，注入压力高低有别；少数的欠注井，注入压力接近泵压。针对前者，注重从注配间地面设备改造入手，通过采取分压注水、安装变频器、管线改造等措施，力图将注入压力接近的井接入统一柱塞泵；针对后者，注重利用采油工程和油藏工程的手段从单井入手，通过利用酸化解堵、化学洗井和方案优化等措施，力图将高压欠注井降压。

3.1 正常注水井

3.1.1 分压注水

分压注水针对同一注配间注水压力差别，按压力区间设计双汇管流程，合理的匹配注水压力，将注水压力大小接近的注水井归为一类，划分高、低两个区域，采用相应泵压的柱塞泵注水。以M801队8#注配间为例（表2），该间共有12口注水井，2台柱塞泵，注水压力13～22.65 MPa，柱塞泵出口压力均设在23 MPa。经流程改造后，将注水井划分13～18 MPa和18～23 MPa两个压力系统，分别由2台不同的柱塞泵分压注水，柱塞泵最高压力分别为19 MPa和23 MPa。这样既可减轻由于压力差距太大而造成抢水现象，又能减少泵管压差损失，提高注水系统效率、降低能耗、减少成本。全年累计节电7.34×104kWh。

表2 M801队注配间分压注水前后数据对比

3.1.2 变频调速

变频调速装置通过调节柱塞泵的电动机转速[4]，使得泵的排量减小，不需要柱塞泵打回流来控制注水量。当注水系统中水井出现开关井、方案调整时，充分利用各注配间已有的变频器，根据注配间实际注水情况及变频调速的特性来获取所需注水量，在满足注水需求的同时，实现平稳供水和柱塞泵经济运行二者兼顾。2017年台肇地区9个注配间实现柱塞泵闭环控制，维修变频18次，全年累计节电 18.8×104kWh。

3.1.3 空穴射流清洗管线

由于注水管线腐蚀、结垢导致压力损失，针对周期注水井、冬关井，推广空穴射流清洗技术，该技术利用用流体力学中的空穴效应[5]，对于注水管线内壁附着的污油、死蜡、无机垢、机械杂质和细菌及其分泌物，能够起到很好的清理作用。2017年清洗管线长度25 715 m，在清洗器端口共计清出油垢、污泥约8 t，管线清洗后压力损失平均减少0.5 MPa，平均流量增加20 m3/h，节电5.3×104kWh，达到注水管网节能降耗的目的；此外，管线清洗后，从端口处可见管线内壁变得整洁光滑，呈现出金属光泽，可有效地减缓腐蚀结垢速度。

3.1.4 管线改造

针对部分老化管线结垢、腐蚀严重，注水生产时压力损失大、刺漏状况频发等问题，2017年完成17条腐蚀老化注水管线、1条注水干线的改造，将管线材质由复合管改为无缝钢管，改造总长度16.3 km，涉及17口注水井，对应注配间柱塞泵降压 0.5 MPa，节电 4.2×104kWh。

3.2 高压欠注井

针对部分欠注井注入压力高，并导致注配间泵压较高的情况，在采油工程方面，选取5个注配间8口欠注井开展酸化解堵施工，选取34口欠注井开展化学洗井，措施后注配间柱塞泵压力降低1.0～2.0 MPa，累计节约电量16.3×104kWh，在降压增注的同时兼顾了节能降耗。

对于油井压力、产液量、含水相对较高的“三高”井组，从油藏工程角度，对连通注水井进行方案跟踪调整，对高含水层下调水量，降低无效注水，2017年对21口井、39个注水层段进行了注水方案优化，控制无效注入水9.4×104m3，累计节约电量15.09×104kWh，在平衡注采关系的同时兼顾了节水节电。

4 结论及认识

1）个别高压注水井导致柱塞泵泵压高，增加了注水系统能耗。

2）以单井、注配间和管线为治理对象，采取闭环控制、分压注水、空穴射流清洗管线、老化管线改造、酸化解堵、化学洗井、方案优化等综合性治理措施，取得了一定的节能降耗效果，累计节电67.03×104kWh。

3）从系统工程角度来看，以降低泵压作为节能的直接手段，面向单井、管线与注配间，综合应用地面工程、采油工程和油藏工程的措施开展综合性节能降耗工作，对注水系统节能降耗有一定的指导意义。