油田注水管网存在的问题及节能

李永强 冯磊 刘鑫

摘要：油田开采涉及的工程量比较大，需要注意对每个环节的合理调控，随着对油田的深度开采，油田注水管网在运行过程中存在一些问题，主要表现为注水效率低、注水能耗较高。在油田开采中，注水系统的稳定性与油田开采效率有着紧密的关系，所以注水管网存在的问题需要采取合适的措施进行解决，但油田开采涉及的油藏类型比较多样化，不同的油藏其内部结构不一样，对注水系统的要求也不一样，分布式结构也会间接增加注水管网的能耗。文章就对注水管网存在的问题进行了一个较为详细的说明，并对注水系统节能措施进行了分析。

关键词：注水管网;问题分析;节能分析

前言：注水的主要目的就是为了进一步补充油田井下地层中的能量，由此也能有效提升油田的采收率，保证油田产量的稳定，同时注水也是有效降低油田生产开采成本的关键途径。但是油田注水系统在运行过程中却一致存在能耗高的问题。而注水管网也在运行过程中出现了严重结垢现象，甚至注水管网的注水效率也比较低。

一、注水管网存在的问题分析

（一）泵站投产设计方面

在站点建设的过程中，因为相关的工程资料提供不够准确，在进行管路设计的时候相关计算不够精确，管网设计时采用的安全余量过大;在进行设备选择的时候对工艺过程中的压力过分考虑，导致最终选用设备的额定流量往往会远远超过实际管网工作的流量具体要求，这样在多台泵进行联合运行的时候，往往不能实现高效运行，很多设备在选用的过程中由于选择的功率比较大，因此在实际的运行过程中不能实现满负荷运行，从而造成电机的实际运行功率以及电机的功率因子的降低，造成了无功功率损耗。

（二）工艺要求变更

由于油田在生产开采过程中出现了需求的变化，导致注水系统的注水量出现了临时变化，现场得施工过人员为了满足实际生产的需求，往往会充分利用阀门来适当调整管网的阻力，以此来达到调整注水量的效果，这样就会导致注水管网出现的无功损耗增加，进而影响了设备的运行效率。[1]

（三）现场生产调节

由于现场操作人员长期缺乏对设备运行的维护意识，长期以来逐渐形成了主要泵能正常运就不存在问题的意识，而且注水泵在具体运行过程中往往会受到很多因素的影响，因此其工作状态实际上是一个变量，很难形成标准的节能调节模式。

（四）管理方面

注水系统现场的作业人员由于个人专业理论知识、实际操作水平以及现场的生产调节控制业务不够熟悉，从而导致注水系统中生产设备在实际的运行过程中出现了不同程度的磨损，进而严重影响生产设备的运行寿命。而针对设备进行维护保养的时候由于自身专业知识的缺失以及业务能力不足等问题导致设备维护保养质量不达标，这样设备在运行过程中就不能充分保证其处于最佳状态，注水泵的性能也不能得到充分发挥。而在管理方面也由于认识不足，对设备以及生产工艺的日常管理手段不足、制度不完善，很多针对设备进行的测试内容往往都是依靠经验来进行判断，及现场管理而言，在深度以及管理的精度上都比较欠缺。

二、管网节能降耗

国内油田注水系统管网效率偏底，管网摩阻损失及各种控制阀件耗能偏高，有很大的节能降耗空间。

（一）做好规划设计

注水站尽量布置在注水管辖区的中心位置，注水半径应为5km之内，将注水泵到注水井口的压力损失控制在1MPa之内。对于边远区块油田，可采用小站注水流程，减少因高压管线过长，使管网沿程阻力损失增大。有些注水系统管辖区内不同注水井的吸水能力不同，造成注水压力差别较大，为迎合部分高压井而被迫提高整个管网的注水压力则节流损失将大大增加。这时应把高压井和低压井区别对待，采取高压井与低压井分设管网，分别使用或共用低压泵供水，对高压井增设增压泵。在流量一定时，流速的确定会直接影响管网的投资和运行费用。流速取值小时，管径增大，相應的管网造价增加，而管段中的水头损失减小，水泵所需扬程将降低，运行费用将会降低，因此在管网设计时，应当对注水管网的管径进行优化设计。[2]

（二）改变管网结构参数，提高系统效率

注水管网结构参数包括输水支管、总管，吸水支管、总管等长径参数及管道弯头角度等。由雷诺数Re=DU/v知，无论是泵出水管还是总汇管，其“雷诺数Re”值均已进入“阻力系数值K不随Re变化段”。因而，改变管中流态以降低沿程损失，作为节能途径是不可取的。将直管与总管间的90°汇流角改为135°汇流角，对比测试压力损失值。在相同工况下，压力损失值相对减小25%。所以改变支管汇流角及弯头角度，在一定程度上可减小其局部压力损失。在结构布局许可的前提下，尽量做到管路“短而直”，以减少沿程压力损失和局部压力损失。

（三）尽量减少管网流量与压力损失

管网流量损失主要是因为阀件、接头等元件中过液件腐蚀，密封受损和老化引起泄漏造成的，属非功能性流量损失。只要选择高质量阀件、及时更换易损密封件，提高管理与操作水平，这部分非功能性流量损失是可以避免的。压力损失的大部分消耗在各控制阀件及球形稳压器上。而这些控制阀件，是管网控制功能所需要的，这部分压力损失属功能性损失，无法消除，可通过开发高效节能元件来降低这部分损失。[3]

（四）降低管网磨损，提高注水水质

合理选择注水管管径，管径小，流速快，则使管网磨损加大，能耗增加;降低管道内壁粗糙度，管网磨损与其粗糙系数的平方成正比，由于油田注入水水质腐蚀性较强，注水管的制造应采用耐腐蚀材料并采用防腐工艺;改善注入水水质，在注入污水之前，可以采取加缓蚀剂、防垢剂以及污水过滤处理等措施来减少水质对管网的破坏。影响注水管道压力损失的最大原因是结垢，结垢造成管径变小，流阻增大，尤其是单井管道，数量大，结垢严重，压损大。

结语：在油田开采的后期阶段，对注水量的需求会急剧增加，这也使得注水能耗问题愈加突出，不同的问题所采取的解决措施不同，问题产生的因素也不相同，所以对注水管网的节能研究具有非常重要的意义，可以有效降低油田开采的成本预算，保障油田开采的可持续发展。

参考文献：

[1]李慧君，刘必渝，刘光辉.提高多源注水系统效率的策略研究与实践[J].油气田地面工程，2018，37（10）：78-79.

[2]张海兰，牛万达，曹永哲.低渗透油田注水系统能耗分析指标与测试计算方法分析[J].石油石化节能，2018，44（07）：63.

[3]石航.油田注水管网评价技术研究[D].大庆：大庆石油学院，2009

长庆油田分公司采油七厂，陕西，西安，710200