关于“水源直供，一井一泵”注水模式的探讨

李宁会（长庆油田分公司设备管理处）

1 现状

目前，我国各油田注水地面系统均采用集中升压方式[1-2]。在油田的适当位置，建立注水站，内置多台高压注水泵，经过高压水表、高压阀门、高压管道输至注水井。这种方式在过去有其合理性，因早期都是单井，丛式井少，注水井场无电源，不便在井场放置注水泵，则注水泵的可靠性差，若一井一泵，维护工作量巨大。集中升压注水方式的缺点：

1）注水站泵出口只有一个压力，而各注水井由于方位各不相同，压力需求也将会不一样[3]。为满足各井的需求，只好对压力需求低的井采用阀门节流，对压力高需求高的井配置增压泵[4-6]。节流会造成能量损失，导致注水系统效率降低，如不节流，就要单井配增压泵。这种二次增压，增加了投资和运行成本。

2）投资巨大，从注水泵以后的所有设备、设施都是高压，极大增加了投资。

3）现场常需用低压水，由于附近无低压水源，常从高压系统取水，导致注水系统末端压力下降，发生欠注[7]。

2 新注水管网布置方案

新建产能多是丛式井场，每个井场都有电源，免维护、无人值守、零排放、远程监控的注水泵的出现，为“水源直供，一井一泵”式的注水方案带来了可能，取消了常规的注水站，大大缩短了高压管道的长度，取消了高压水表，高压阀门，从水源井来的水或处理过的采出水经供水站的低压泵、低压管道、低压阀门、低压水表到达井场，每个井配一台注水泵，免去了大量高压系统的投资，这种注水方式，可实现精确注水，避免节流，提高注水系统效率，同时节省投资。

3 注水管网方案对比

3.1 经济效益

设定旧方案注水站带40口注水井，日注水量800 m3，单井注水管线平均长4 km，安装25 MPa、35 m3/h、280 kW往复注水泵2台。泵后配高压水表、高压阀门、高压管线等。新方案同样是40口注水井，低压水供到井口，到达压力0.5MPa，每口注水井旁装1台25 MPa、1 m3/h、8.5 kW的注水泵。这种注水泵现已做到免维护、零排放、无人值守，远程监控。每台泵15万元，含监控。泵前配低压水表、低压阀门、低压管线等。

投资测算对比见表1，全寿命费用测算见表2。都需临时用地285亩，旧方案需站场征地4亩。其它费用含建设用地费和赔偿费、水土流失补偿费及防治费、其他二类费用、8%的预备费。新方案比老方案可节省近24%的投资，全寿命费用可节省4.85%。如考虑二次增压增加的投资新方案的效益更高。

表1 投资测算对比 单位：万元

表2 全寿命费用测算

在全寿命费用测算中，年维护费是按一次性投资的2.5%测算的，与实际有较大出入。在此例中，实际往复泵的年维护费约4万元/台，螺杆泵的年维护费约2万元/台（按2年更换1次泵计），即使按实际数据计算，仍然是新方案的全寿命费用小于旧方案。

若更换假设条件，节省额度会有变化，但结论不会有变化。新方案的优点为完全消除节流，节省投资和运行费用。

3.2 新方案的关键环节

新方案的关键取决于单井注水泵。对单井注水泵的要求：因这种泵用量很大，即使一台设备偶有故障，但总的故障量就会很多，维修费用会很大。应做到无故障期长、免日常维护、免定期巡查、无人值守。应做到远程监控、远程启停、自动保护、自动报警、自动调整注水量且实现单井注水泵零排放。

4 单井增压泵及注水泵

4.1 单井增压泵使用现状

单井增压是指从注水站来的水到达井口后，由于压力低，水量达不到配注要求，于是又安装泵，再次升压。目前，油田对欠注井实行单井增压，主要有离心泵、往复泵、螺杆泵等3种。

1）将原用于井下采油的多级离心泵安装在地面，用于单井注水[8-9]，若是利用原闲置的潜油泵尚可，若新购此种泵用于注水是很不恰当的。单井注水量一般比较小，多在1～2 m3/h，离心泵在小排量、高扬程下效率极低，仅20%～30%。或者在配水计量间位置安装多级离心泵增压，虽然泵的排量增大了，效率比单井泵提高了，但效率仍然不高，这种接力升压方式增加了管理节点。离心泵虽然日常维修量少，但需维修时，可维修性差，维修费用大，不宜做为单井注水泵。

2）使用曲柄连杆式往复增压泵，但需保证使用工况与设计式况一致。往复增压泵与普通往复泵在柱塞结构上有差异，其柱塞为台阶状，柱塞台阶的大小与增压比相匹配。当增压比与设计不符时，由于无反向角，易损坏十字头和曲轴[10]。

3）使用一种液压驱动的往复泵，它没有反向角，不受实际增压比与设计增压比不符的影响，而且冲次极低，仅5次/min，易损件寿命大大延长。

4）近年长庆油田试验了螺杆注水泵用于单井增压，已在现场使用一年多，累计使用22台。螺杆注水泵使用情况见表3。

表3 螺杆注水泵使用情况

目前现场使用的螺杆注水泵都是增压注水，即高进高出。用于单井的螺杆注水泵采用立式结构，泵直接插入油管中，可不动管柱换泵。立式注水泵用于分注井时，需解决测调通道问题。用于多井的螺杆注水泵采用卧式结构。

螺杆注水泵对来水压力变化不敏感，来水压力可高可低。它的另一个优点，当需注水井卸压时，可在拆除出口管路上的单向阀后，让泵反转，实现快速卸压。

4.2 单井注水泵的选择

曲柄连杆式往复泵的盘根、柱塞、阀等寿命短，在一井一泵模式下，由于维修工作量大，不可取。单井注水都是小排量、高扬程，在此条件下离心泵效率极低，不可取。

离心泵、螺杆泵用于增压注水（高进高出），与用于直接注水（低进高出），结构差异不大，只是用于增压的泵，来水压力较高，入口盘根承受压力大，须考虑密封问题。螺杆泵在增压注水中已基本取得成功，这些螺杆泵都做到了无故障运行400多天、免维护、零排放、无人值守、远程监控。这为下一步试验、推广“水源直供，一井一泵”模式开辟了道路。螺杆泵用于直接注水应当是可以的，只是增压值、功率需增大。增压注水的泵技术难度比直接注水的泵大，能增压注水的泵型，用于直接注水应该没有问题。液压驱动的往复泵也是可选的单井注水泵。

除上述泵外，还可开发其它形式的单井注水泵，如轴向柱塞泵等，但都应做到上述要求。

5 结论

1）“水源直供，一井一泵”注水模式和目前普遍采用的注水站集中升压注水都是可选的注水的模式，可根据工程实际因地制宜的采用。当注水井都在注水站附近时，且井数很多时，可采用集中升压模式，若注水井都离注水站较远时，且井数较少时，可采用“水源直供，一井一泵”注水模式。现在新建油田，绝大多数都是丛式井场，井场有电源，有条件安装注水泵。个别无供电条件的注水井，可采用泵安装在有电源处，远程输送高压水。

2）“水源直供，一井一泵”无人值守，远程监控，定量注水，消灭节流，这种注水模式可大大减少建设投资，具有较低的全寿命费用，这应是注水管网布置的新方向。

3）新方案不仅适用于新产能建设，也可用于老油田。当老注水管线，由于腐蚀减薄，承压能力下降时，不需更换管线，改为低压供水，老管线仍可使用。