带增压泵注水系统能耗指标计算方法

魏立军 王林平 郑刚 程颢 王曼 孙彦虎

（1.长庆油田分公司油气工艺研究院；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室；3.长庆油田分公司第四采油厂）

2017年以前，油田注水系统效率的测试依据石油行业标准SY/T 5264—2012《油田生产系统能耗测试和计算方法》，但此标准未考虑在配水间或注水井口安装增压泵的情况，据不完全统计，长庆油田安装的增压泵有100台左右，对于这些注水系统，无法开展注水系统能耗指标的测试、计算工作，制约了这类注水系统节能分析、评价及后续的节能改造工作的开展。在编制国家标准GB/T 33653—2017《油田生产系统能耗测试和计算方法》过程中[1]，针对这个问题，完善了注水系统模型，考虑了在配水间或注水井口安装增压泵的情况，重新推导了相关能耗指标计算公式，使带增压泵的注水系统能耗指标的测试、计算工作有标准可依。

1 注水系统模型的完善

石油行业标准SY/T 5264—2012依据的注水模型主要包括注水站、配水间（阀组）、注水井以及连接这些关键节点的注水干线、注水支线和单井管线[2]，行业标准注水系统模型见图1。

国家标准GB/T 33653—2017注水模型在原行业标准模型的基础上考虑了在配水间（阀组）或井口安装增压泵的情况，国家标准注水系统模型见图2。

图1 行业标准注水系统模型

图2 国家标准注水系统模型

2 建立新能耗指标计算公式

模型中考虑增压泵后，会对三个能耗指标计算公式产生影响。

2.1 注水系统输入功率

注水系统输入功率在行业标准中的含义是注水泵电动机输入功率累加，见公式（1）。在国家标准中考虑了增压泵以后，它的含义变为注水泵电动机输入功率累加与增压泵电动机输入功率累加之和，见公式（2）。

式中：P9,Sysin为注水系统输入功率，kW；n9为注水系统被测注水泵总数；P9,Min为注水泵电动机输入功率，kW。

式中：P9,Mbin为增压泵电动机输入功率，kW；u9为注水系统内增压泵的总数。P9,Mbin为增压泵电动机输入功率，kW；μ9为注水系统内增压泵的总数。

2.2 注水管线损失率

注水管线损失率的定义是注水管网中注水管线的损失功率与注水系统输入功率的比值，在行业标准中注水管线损失率的表达式见公式（3）。分子是注水管线的损失功率，其中第一项是注水泵输入注水管网的功率，第二项是阀组损失功率，第三项是井口有效功率。

注水系统的高压水从注水站通过注水管网流到注水井口，注入井下。这个公式是把注水管网看成一个整体，根据能量守恒定律，输入能量是注水泵输入注水管网的功率，输出能量是井口有效功率，中间要经过管线、阀组，造成注水管线损失功率和注水阀组损失功率，所以用注水泵输入注水管网的功率减去注水阀组损失功率，再减去井口有效功率，剩余的就是注水管线损失功率。

式中：ε9,P为注水管线损失率；b9为注水系统被测注水站数；p9,Soutc为注水站出口折算压力，MPa；G9,S为注水站出口流量，m3/h；m9为注水系统被测注水井总数；p9,Vin为配水间来水压力，MPa；p9,Vout为配水间管压，MPa；G9,W为注水井井口流量，m3/h；P9,Sysin为注水系统输入功率，k W。

在国家标准中考虑了增压泵后，注水管线损失率的定义没有变，但计算公式发生了变化，见公式（4）。分子是注水管线的损失功率，其中第一项是注水泵输入注水管网的功率，第二项是增压泵输入功率，第三项是阀组损失功率，第四项是井口有效功率。

考虑了增压泵后，注水管网的输入能量包含两部分，一是注水管网输入功率，二是增压泵带入功率。所以用注水管网输入功率加上增压泵带入功率，减去注水阀组损失功率，再减去井口有效功率，剩余的就是注水管线的损失功率。

式中：p9,Pbout为增压泵出口压力，MPa；p9,Pbin为增压泵入口压力，MPa；G9,Pb为增压泵流量，m3/h。

2.3 注水管网损失率

注水管网损失率的定义是注水管网中阀组和注水管线的功率损失之和与注水系统输入功率的比值，在行业标准中注水管网损失率的表达式见公式（5）。分子是注水管网的损失功率，其中第一项是注水管网输入功率，第三项是井口有效功率。

在国家标准中考虑了增压泵后，注水管网损失率的定义没有变，但计算公式发生了变化，见公式（6）。分子是注水管网的损失功率，其中第一项是注水管网输入功率，第二项是增压泵带入功率，第三项是井口有效功率。

3 结论

文中详细解读了在配水间或注水井口安装增压泵的情况下，国家标准GB/T 33653—2017《油田生产系统能耗测试和计算方法》相对于原行业标准的变化情况，主要包括注水系统模型的完善，注水系统输入功率、注水管线损失率、注水管网损失率等相关能耗指标的变化情况。方便大家深入理解，准确应用标准开展注水系统能耗测试、计算、分析、评价工作。