秦家屯油田注水系统降耗分析及提升措施

刘旭莹

摘 要：秦家屯油田水处理及注水系统2000年投运，包含秦家屯联合站以及1号站、2号站、3号站、4号站4个注水站，目前已运行超20年。随着油田开发年限的不断增加，注水系统不可避免的存在着设备老化、能耗过高、系统适应性变差、经济效益较差的问题，从而限制了长远发展。为减少不必要的成本支出和能源消耗，需要对油田注水系统存在问题进行深入分析，并以此为基础，提出改进和提升措施。

关键词：注水系统;机组效率;能量损失;防护

1、注水系统能耗现状

油田注水系统主要由电机、注水泵、调节阀及分水器、注水管网、配水间阀组、增注泵、注水井等组成。注水系统效率由电动机效率、注水泵效率和注水管网效率三部分组成。其中，泵机组输人功率W0、输出功率W2、井口水力功率W4;主要损耗有电机损失D1水泵损失D2、节流损失D3、管网磨损D4，根据能量平衡原理可得出，W0=D1+D2+D3+D4+W4=∑Di+W4，除了注人地层的有效能量外，注水系统能量要消耗在电机、注水泵、调节阀、注水管网、配水阀组处。

据测算，秦家屯油田的平均注水系统效率为50.32%，系统总压力损失3.13MPa，管网损失率9.98%，标准单耗为0.587 kW·h/ （m?·MPa）。具体测试结果见表1。

2、存在的问题

秦家屯油田注水系统的平均系统效率处在合格水平（合格值49%），但从单个注水站来看，系统效率差距较大，其影响各站系统效率的因素主要有以下几点：

2.1 泵机组效率偏低

秦家屯1、2、3号站站效低，其主要原因为注水站泵机组效率较低。测试期间1号站共启用3台注水泵，其中1#泵3.41m?/h和2#泵2.9m?/h;2#泵机组的负荷率为66.92%。2号站启用两台注水泵2#和4#，其中2#泵流量仅为1.56m?/h，3号站启用3台注水泵，总流量为10.93m?/h。由于流量小，注水泵能力过剩，偏离高效区运行，导致泵机组效率偏低，从而降低各站的能量利用率。

2.2 配水间阀控损失大

秦家屯3号站管网损失达到了19.34%。秦家屯3号站阀控损失为4.99 MPa，原因是系统运行压力与井口注水压力不匹配，导致阀控损失大。秦家屯3号站下辖注水井9口，井口压力超11MPa井占比66.7%，高、低压井并存，且压差大，压力最高井与压力最低井压差可达10 MPa。三号站目前泵压18.2MPa，与最低压力井间压差达11.2 MPa，1号站等其他注水系统也不同程度存在高、低压井并存，人为降低注水压力，造成配水间阀控损失偏大，注水系统效率低的情况。

2.3 单井管线压力损失大

经测算，3号站单井管线压力损失达1.42MPa，超限定值184%。秦家屯联合站出站水质达标率低，导致单井管线发生腐蚀、结垢现象，管线由于结垢导致管线缩颈，由于腐蚀导致管线磨阻增加，使单井管线的压力损失增大。

2.4 注水系统管网腐蚀严重

秦家屯油田注水管网已运行超20年，存在不同程度的老化与腐蚀现象。根据腐蚀挂片监测试验结果显示，秦家屯污水处理外输管道腐蚀速率为0.136 mm/a，属于严重腐蚀。

3.系统提升措施

3.1降低注水泵能耗损失

注水站能源效率是注水系统效率的重要组成部分，影响注水站能源效率的主要因素为注水站泵机组效率及站泵干壓力损失的大小。秦家屯1、2、3号站因为注水站泵机组效率较低且流量小，注水泵能力过剩，偏离高效区运行，导致泵机组效率偏低，从而降低各站的能量利用率。

为降低注水泵能耗损失，需优化泵机组运行，停用不必要的注水泵，通过调节各泵水量尽量保持注水泵在高效区运行。利用大修时机，对注水泵进行改造，采用砂轮打光、水利抛光等方法，提高其光洁度，清洗流道，减小损耗。加强对注水泵的管理、维修，做好泵的日常维护和保养工作，建立注水设备能耗数据跟踪台账，持续开展机组效率自测工作，运行高效泵，维护低效泵，减少效率损失，及时观测能耗高的注水设备和系统运行不稳定的情况，对机组效率监测值低于节能限定值的设备，即使未达到大修时间，也应及时大修。

3.2减小管网能量损失

管网损失是影响注水系统效率的重要因素，管网总压力损失可表示为：

注水系统总压力损失：

△P=△P1+△P2+△P3+△P4，

其中：△P1为注水站阀门控制损失，△P2为干线损失△P3为配水间阀门控制损失，△P4为单井管线损失。

工程系统推荐的各级压力损失限值△P1≤0.5MPa，△P2≤1MPa，△P3≤2MPa，△P4≤0.5MPa。

通过核实注水系统要求及泵机组能力，采用高低压分注措施，对应高、低压井组，分别选用合适的注水泵，避免“大马拉小车”现象。尽量增大配水阀开度，降低阀前压力。对边远高压井可采用局部增压注水方式，从而实现降低注水单耗的目的。定期对管线进行除垢清管作业，降低沿程磨阻损失。

3.3管线腐蚀防护

注水管网内腐蚀的主要原因是注水水质不达标。分别对秦家屯污水外输管线出口和3号站出站管线进行取水样化验，结果显示其固体含量、颗粒中值及细菌含量均超标。其中硫酸盐还原菌超标严重，污水处理外输干线及3号站分别达到25000个/ml和60000个/ml。硫酸盐还原菌等细菌以管输水中油类等有机物为营养来源，大量繁殖同时生成硫化氢，对金属管壁有很大的腐蚀作用，从而引发腐蚀穿孔等现象。外腐蚀的原因主要是管道受到土壤及周边环境影响，防腐层出现老化磨损现象，在其表面出现纵向裂纹，修复不及时则裂纹扩散，不断延伸，严重情况就会影响管线防腐层，造成防腐层脱落等现象，致使金属管壁裸露在土壤环境中，与土壤中的水、氧气等发生化学反应，造成管壁外腐蚀。

内外腐蚀严重影响了管线使用寿命，屡次发生的穿孔事故也妨碍了油田注水开发，因此需根据腐蚀机理和实际情况，制定出有效的防腐措施，保证油田的开发生产。首先，针对管线内腐蚀现象，需加提升水质达标率：一是降低水质中硫酸盐还原菌等细菌浓度，筛选药剂进行配伍性试验，选择最优药剂类型和药剂组合;二是更换过滤器滤料，必要时可对沉降罐及外输罐进行清洗，以提升水质;三是加强沿程水质监控，定期清洗管道，对管线除垢，保持管道内环境。其次，采取必要的防腐措施，并针对管线外腐蚀，定期进行壁厚检测及防腐层检测，及时修复破损防腐层：一是可采用牺牲阳极、外加电流等阴极保护方法，防止腐蚀加剧。对腐蚀严重、需更换的管线;二是可以投入使用连续复合管、3PE内衬管线等非金属管线，非金属管线具有管壁磨阻小、抗腐蚀性能强、应用后可有效减缓管壁内腐蚀结垢，延长管线使用寿命。

结语：针对秦家屯油田地面注水系统存在的问题，包括注水系统能耗高、腐蚀严重等现象，分析出产生此类问题的原因，并提出了科学合理的改进措施。

（1）通过优化泵机组运行，关闭非必要注水泵，1、2、3号站均可提高泵机组效率10%。

（2）通过在三号站采用分压供水，可大大减小配水间阀控损失，部分边远水井采用增压泵增注后，总体阀控损失可降低到2MPa以下。

（3）通过加强管线检测、清扫、除垢，选择合适药剂等措施，可提高水质达标率，从而减少沿程磨阻，减轻内腐蚀。通过采取阴极保护，修复防腐层等措施，可减轻管线外腐蚀现象。

通过以上措施的实施运用，可大大提升能量利用率、降低成本，延长管线、设备使用寿命，同时保障了油田注水系统高效、安全、稳定运行。

参考文献：

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[2]于力.油田地面注水系统的优化技术分析[J].技术与信息，2021（5）：86-87.B7DC0F74-1091-4F3A-904E-07B43D6A7649