桩西采油厂分压注水节能技术应用

段闯 赵辉 孙震 刘闯（胜利油田有限公司桩西采油厂）

地面注水采油是我国陆上采油主要方式之一[1-2]，其能有效地补充地层的能量、保持地层压力，提高采油速度和采收率，确保油田高产稳产[3]。注水系统本身消耗大量电能[4]，据统计，采油厂注水耗电占油田的36%～56%[5]。随着油田进入高含水开发期[6-7]，含水率不断上升，注水量迅速增加，注水系统电耗急剧增长，因此注水工程改造在各油田及采油厂受到的关注日益增加[8-9]。

1 现状

在2011—2015 年油田地面建设系统重点工程项目的前期工作计划中，桩西采油厂提出油田注水系统分压实施。通过对采油厂4 个油田注水系统综合分析发现，老河口注水站注水系统效率低，单耗高，无功用电现象严重。经过现场调研及运行数据分析发现，该注水站注水系统效率低的主要原因是不同注入井的注水压力相差较大，平均注水压力较低。

注水工程改造应与节能研究相结合[10]，由此提出分压注水方案，一方面提高注水系统效率、降低注水用电，另一方面新建注水管线作为高压注水管线降低安全环保风险，将已建注水管线调整为低压注水管线，节约管线等地面工程投资。老河口注水站、桩52 注水系统的分压注水工艺研究，对其它区域的注水工程改造具有深远意义。

2 注水系统问题

2.1 注水系统简介

1）老河口注水系统。老河口注水系统建有老河口注水站和桩120 注水站，两座注水站已联网运行。老河口注水站安装KGF165 型注水泵1 台，KGF140 型注水泵1 台，DF120 型注水泵 1 台，设计供水压力16 MPa，供水能力6 840 m3/d，运行注水泵2 台，供水量6 736 m3/d。桩120 注水站低压系统安装5ZB-12/42型柱塞泵3台，设计供水压力16 MPa，供水能力1 500 m3/d，未运行，两座注水站设计供水能力8 340 m3。注水泵压13.8 MPa，平均井口油压9.5 MPa，泵机组效率71.2%，管网效率68.84%，注水系统效率46.56%，注水单耗5.67 kWh/m3。

2）桩52 注水系统。桩52 注水站安装3H-8/450型注水泵5 台，5ZB-12/42 型注水泵1 台，设计注水压力25 MPa，供水能力2 150 m3/d，运行注水泵4 台，注水泵压18.5 MPa，供水量1 626 m3/d，注水泵效90%，平均井口油压12.86 MPa，注水系统效率57.87%。注水单耗6.171 kWh/m3。

2.2 问题及原因分析

1） 储层物性非均质严重，注水压力差异大。单一供水压力条件下注水管网效率低、管损大，老河口注水系统注水压力小于11 MPa 的水井开井56 口，注水量4 205 m3/d，注水压力大于11 MPa 的水井开井30 口，注水量2 531 m3/d，平均管损4.3 MPa，平均管网效率只有68.84%。桩52 注水系统注水压力小于12 MPa 的水井开井7 口，注水量602 m3/d，注水压力大于12 MPa 的水井开井16 口，注水量1 006 m3/d，平均管损达4.98 MPa，管网效率只有72.09%，导致注水系统效率低，注水单耗高。

2）老河口注离心泵泵效低、单耗高。老河口注离心泵泵效只有71.2%，单耗5.67 kWh/m3，而5ZB-20/43 型柱塞泵泵效达90%，排量达1 360 m3/d，按注水运行泵压14 MPa 计算，用柱塞泵替代离心泵，单耗仅4.47 kWh/ m3。因此利用高效的柱塞泵代离心泵，可较大幅度提高泵效。

3）供水半径大，管损大。老河口注水站至老168 平台距离达10.9 km，供水半径大，老168 块投产后，老河口至老163、老168 注水干线最大注水量达到9 400 m3/d，计算管损高达8.99 MPa。单纯依靠加大注水管线管径投资大、管网效率低。因此，需结合产能建设，总体布局注水站及注水管网优化。

3 技术原理

由注水泵功率计算式可知，传统单压注水与分压注水的耗能存在显著不同。

1）单一注水压力注水泵功率。其注水泵电动机的总输入功率见式（1）：

式中：N入-1为注水泵电动机的总输入功率，kW；Ne为注水泵输出的总有效功率，kW；η1为注水泵机组平均效率；P出-1为注水泵平均出口压力，MPa；P进-1为注水泵平均进口压力，MPa；Q为注水泵总排出水量，m3/d。

2）分压注水双压力等级下注水泵功率。将一个注水系统分成高、低压两个系统，在总水量、注水泵机组平均效率和泵进口压力相同的前提下，即Q=Q1+Q2=P进时：

式中：N入-2为注水泵电动机的总输入功率，kW；Q1为高压区注水泵总排出水量，m3/d；Q2为低压区注水泵总排出水量，m3/d；P出-1为高压区注水泵平均出口压力，MPa；P进为注水泵进口压力，MPa；η为注水泵机组平均效率；P出-2为低压区注水泵平均出口压力，MPa。

用一个高压系统注水与高、低压两个系统注水时电动机的输入功率之差，即当P出-2＞P出-1时：

通过上面的分析看出，利用高压注水系统的注水电动机功率高于分压系统注水电动机功率，可见分压注水能够有效有效降低系统能耗。

4 改造方案及效益评价

4.1 分压改造实施方案

1）老河口注水系统。老河口注水系统结合老168 产能建设，完善配套高低压注水管网，优化供水半径，提高注水系统效率。

建设桩106 北注水站，采用大排量柱塞泵取代离心泵，提高注水泵效，降低注水能耗。设计供水能力10 000 m3/d，其中高压设计运行压力14 MPa，供水量6 000 m3/d，低压设计运行压力12 MPa，供水量4 000 m3/d。配套注水管网改造及调整，老河口注水站设计运行压力13.8 MPa，桩120 注水站设计运行压力12.5 MPa，配套管网调整并改造配水间高低压流程，实现4 套压力分压注水。

2）桩52 注水系统。桩52 注分压运行工程将分压注水改造与注水管线更新相结合，在提高注水系统效率、降低注水单耗的同时，将多年运行的注水管线调整为低压运行，充分发挥其剩余价值，降低了管线更新改造投资。

根据目前开井的23 口水井的注水压力和井位分布情况，结合桩52 注水系统改造工程，计划实施高低压分压注水工程。高压注水系统由5 台3H-8/450 型注水泵供水，设计供水量1 520 m3/d，主要担负201 配等8 座配水间17 口注水井的注水任务，设计运行压力18.5 MPa，注水量1 058 m3/d。低压注水系统由1 台5ZB-12/42 型柱塞泵供水，设计供水量630 m3/d，运行压力12 MPa，主要担负201 配、219 配等2 座配水间6 口注水井的注水任务，注水量568 m3/d。

4.2 方案实施效果

两个注水系统实施分压注水调整后，对地面注水系统的改善主要有两个方面：压力匹配条件条件改善，泵站干压与井口压差降低；新建部分支干线，管网损失降低，管网效率提高。下面仅对水量匹配后单耗及系统效率进行分析测算。

1）老河口注水系统。老河口油田分压注水工程投产后，老河口注水站停运行1 台离心泵，注水系统平均运行压力13.14 MPa，平均下降0.66 MPa，注水单耗4.88 kWh/m3，下降0.79 kWh/m3，日节电6 722 kWh，年节电245.3×104kWh，注水管网效率由68.84%提高至82.45%，系统效率由46.56%提高至63.6%，提高了17.04%。

2）桩52 注水系统。桩52 注水系统分压工程实施后，平均运行压力16.23 MPa，下降2.27 MPa，注水单耗5.414 kWh/m3，下降0.76 kWh/m3，日节电1 232 kWh，年节电45×104kWh，注水系统效率由改造前的57.87%提高至66.07%，提高8%。

4.3 经济效益评价

2011 年1 月老河口注水系统分压注水工程投产后，日节约电量6 722 kWh，年节电245.3×104kWh，年创经济效益147 万元。2011 年2 月桩52 注水系统分压注水工程投产后，日节约电量1 232 kWh，年节电45×104kWh，年节约电费27 万元。

后期老河口注水系统的老168 块和老163 块、桩106块注水量提高后，预计系统运行压力13.14 MPa，供水量14 420 m3/d，注水单耗4.77 kWh/m3，较目前注水单耗5.67 kWh/m3减少0.9 kWh /m3，日节电12 978 kWh，年 节 电 473.7×104kWh，年 节 电费 278 万元，有效降低注水运行费用，经济效益显著。

5 结论与建议

通过对老河口注水系统及桩52 注水系统进行注水分压技术节能改造，得出结论及建议如下：

1）能够实现大幅度降低注水泵干压与井口压力的压差值，注水管网效率及注水系统效率明显得到提高，降低了注水泵站能耗，促进节能降耗；地面工程中新建部分地面注水支干管线，进一步降低地面注水管网阀控损失，提高了管网效率。

2）分压注水技术节能改造与注水地面工程改造及部分地面老化管线更新相结合，在提高注水系统效率、降低注水单耗的同时，将运行多年的旧注水管线调整为低压系统运行，提高安全本质化运行，充分发挥其剩余价值，降低地面管线更新工程的投资费用。

3）因地制宜的开展注水系统分压技术注水改造取得了较高的经济效益，该项技术具有投资少、见效快等优点，说明该技术是提高复杂断块油藏中注水井吸水压力及吸水能力严重不均匀的油田注水地面系统效率的有效措施，值得其它油田推广应用。

4）在实施分压注水系统改造前，应对注水系统的各注水泵站、单井的生产参数、注水泵的耗电情况以及注水系统的工艺管网进行全面详细的调研论证，编制可行性研究报告，最终确定有经济效益的项目进行实施。

5）由于地面注水管线设施、阀门以及计量仪表的投资费用较高，因此在编制分压注水技术改造方案时应以地面单井注水管道局部调整为主，注水干线大调整为辅的技术思路。

6） 分压改造完成后应根据注水泵负荷的变化，及时调整配套电动机的功率或运行参数，来进一步降低注水系统能耗。