油田注水系統(tǒng)能耗損失原因分析與對(duì)策

張鵬（吐哈油田公司技術(shù)監(jiān)測(cè)中心節(jié)能監(jiān)測(cè)站）

注水是油田開(kāi)發(fā)后期維持地層壓力、提高原油采收率的重要舉措。目前吐哈油田大部分油井都是采用注水開(kāi)發(fā)方式，以提高油藏的采收率，保證油田的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)；同時(shí)，油田注水系統(tǒng)也消耗著大量的電能，油田注水耗電約占油田生產(chǎn)總電量的40%左右，因此，搞好油田注水節(jié)能工作意義重大。截至今年4月底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，油田公司共有注水井1053 口，開(kāi)井625 口，平均單井日注水量34 m3，年累計(jì)注水量約709.1× 104m3。面對(duì)如此嚴(yán)峻的油氣生產(chǎn)形勢(shì)，油田公司今年在精細(xì)注水、注好水、有效注水方面做足了文章，但是摸清油田注水系統(tǒng)效率及各個(gè)環(huán)節(jié)的能耗損失是關(guān)鍵，對(duì)降低能耗十分重要。因此，我們對(duì)油田公司部分注水系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試分析與評(píng)價(jià)，為油田公司科學(xué)注水、精細(xì)注水和節(jié)能降耗提供技術(shù)保障。

1 注水系統(tǒng)的構(gòu)成

注水系統(tǒng)是由注水站、注水管網(wǎng)、配水間和單井等組成的網(wǎng)狀系統(tǒng)。水源水經(jīng)過(guò)水泵提升后，液體出泵壓力升高, 液體由泵出口進(jìn)入?yún)R管到出站口，經(jīng)注水干線(xiàn)、支干線(xiàn)到配水間（或閥組）及井口閥組后輸送到注水井口，注入井底。整個(gè)注水過(guò)程就是一個(gè)能量不斷消耗的過(guò)程，從總的供入能量中扣除系統(tǒng)的各種損失后，就是系統(tǒng)的有效能量，該有效能量與系統(tǒng)輸入能量之比，稱(chēng)為注水系統(tǒng)的系統(tǒng)效率。注水系統(tǒng)各種設(shè)備會(huì)對(duì)液體傳輸造成能量損失，液體從站出口開(kāi)始，傳輸?shù)阶⑺畣尉刂崎y前會(huì)產(chǎn)生壓力和流量的下降，造成液體能量損失，損失的液體能量與系統(tǒng)輸入能量之比稱(chēng)作注水管線(xiàn)損失率。注水站內(nèi)泵出口到站出口之間會(huì)產(chǎn)生站內(nèi)閥組能量損失，注水單井控制閥也會(huì)產(chǎn)生單井閥組能量損失，兩種能量損失之和叫注水閥組能量損失，注水閥組能量損失與系統(tǒng)輸入能量之比稱(chēng)作注水閥組損失率。注水管線(xiàn)損失率加上注水閥組損失率稱(chēng)作注水管網(wǎng)損失率。

2 注水系統(tǒng)現(xiàn)狀

此次分析評(píng)價(jià)了五個(gè)采油廠的22個(gè)注水站、26個(gè)注水系統(tǒng)、61臺(tái)注水泵機(jī)組、745口注水單井，分別是魯克沁采油廠、三塘湖采油廠、吐魯番采油廠、鄯善采油廠、溫米采油廠。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)SY/T6275—2007《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》和SY/T5264—2006《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》測(cè)試分析得出 平均功率因數(shù)0.86，平均泵機(jī)組效率79.12%，注水泵總流量918.85 m3；注水站平均效率66.89%，平均注水閥組損失14.59%，平均注水管線(xiàn)損失3.20%，平均注水管網(wǎng)損失17.79%，平均注水系統(tǒng)效率51.74%，單井總注水量881.06 m3/h，平均注水單耗9.49 kWh/m3。測(cè)試功率因數(shù)合格率67%，泵機(jī)組效率合格率90%，綜合合格率65%；可視為“節(jié)能監(jiān)測(cè)節(jié)能運(yùn)行設(shè)備”的有30臺(tái)，達(dá)標(biāo)率49%。測(cè)試26套注水系統(tǒng)，系統(tǒng)效率合格率73%；達(dá)到節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)的注水系統(tǒng)有15套，達(dá)標(biāo)率57.7%，公司注水系統(tǒng)整體運(yùn)行情況良好，但也存在一定問(wèn)題（表1～表4）。

表1 注水系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與評(píng)價(jià)指標(biāo)比對(duì)

3 注水系統(tǒng)能耗損失原因分析

通過(guò)此次測(cè)試分析，注水能耗損失主要發(fā)生在三塘湖采油廠、魯克沁采油廠、鄯善采油廠和吐魯番采油廠的連木沁注水站。

3.1 設(shè)備管理

1）部分泵站計(jì)量器具配備嚴(yán)重缺失，尤其是流量計(jì)量有待完善。

2）測(cè)試注水泵機(jī)組61臺(tái)，設(shè)備綜合合格臺(tái)數(shù)40 臺(tái)，綜合合格率65%，達(dá)到節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行30臺(tái)，節(jié)能運(yùn)行達(dá)標(biāo)率49%，主要是功率因數(shù)不合格數(shù)量較多。

3）三塘湖采油廠設(shè)備功率配備不合理，存在嚴(yán)重的“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象，造成注水站效率和注水系統(tǒng)效率較低，站內(nèi)回流量較大，總回流量高達(dá)29.91 m3/h，平均注水單耗高達(dá)11.36 kWh/m3。特別是西峽溝注水站，注水單耗為36.01 kWh/m3，北小湖注水站注水單耗42.52 kWh/m3，能耗損失嚴(yán)重。

4）吐魯番采油廠連木沁注水站泵排量4.5 m3/h，打回流量2.21 m3/h，單井注水量2.29 m3/h，注水單耗11.31 kWh/m3，造成極大的能量損失。

3.2 注水系統(tǒng)運(yùn)行

1）鄯善采油廠的注水系統(tǒng)效率較高，平均為72.09%；其次是溫米采油廠系統(tǒng)效率59.62%；吐魯番采油廠系統(tǒng)效率51.32%；魯克沁采油廠系統(tǒng)效率46.20%；三塘湖采油廠系統(tǒng)效率29.49%。測(cè)試26個(gè)注水系統(tǒng)，有7個(gè)注水系統(tǒng)的注水系統(tǒng)效率未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)限定值要求，其中最低為三塘湖采油廠的西峽溝注水站，系統(tǒng)效率僅為6.11%，北小湖注水站系統(tǒng)效率僅為10.21%，能效偏低。

2）測(cè)試平均注水管網(wǎng)損失率最高為魯克沁采油廠30.47%，主要表現(xiàn)在注水閥組損失上，損失較大。尤其是魯克沁采油廠的魯2站和玉西接轉(zhuǎn)站閥組損失分別高達(dá)35.05%和31.27%；玉果7站閥組損失高達(dá)30.75%。由于用配水間閥門(mén)調(diào)節(jié)單井注水量，為了控制注水量在配注范圍內(nèi)，低壓注水井的高壓來(lái)水的剩余壓力主要被配水閥門(mén)節(jié)流了，造成閥組損失較大。例如 魯克沁采油廠的玉東204-18井，出站壓力30.5 MPa，到井口下降到8.0 MPa；玉東203井和魯8-2井出站壓力28.5 MPa，到井口下降到10.0 MPa。

表2 注水泵機(jī)組效率合格及達(dá)標(biāo)情況匯總

表3 測(cè)試期間各廠系統(tǒng)效率及損失情況測(cè)試匯總

表4 測(cè)試期間運(yùn)行設(shè)備及參數(shù)情況測(cè)試匯總

3）從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，從泵出口到單井的流量損失較嚴(yán)重，損失水量37.79 m3/h，除打回流的32.39 m3/h水量外，還有5.40 m3/h的水量在注水管線(xiàn)延程流失。此次測(cè)試評(píng)價(jià)了4 個(gè)注水站，7 套注水系統(tǒng)，測(cè)試注水泵20臺(tái)，喂水泵3臺(tái)，注水單井343口。注水泵總流量363.975 m3/h，單井總注水量359.95 m3/h，損失水量4.02 m3/h，注水單耗9.32 kWh/m3。

4）高低壓力井混注，節(jié)流損失大；注水站能力、干線(xiàn)分布與注水井分布不協(xié)調(diào)。

4 對(duì)策

1）強(qiáng)化計(jì)量管理。油田公司注水系統(tǒng)的計(jì)量器具有待完善，尤其是泵站流量計(jì)量缺失造成注水計(jì)量不準(zhǔn)，注水站出水量與單井實(shí)注水量無(wú)法矯正。

2）加強(qiáng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)管理。提高操作人員技術(shù)素質(zhì)，懂設(shè)備性能及原理，對(duì)設(shè)備及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，提高設(shè)備綜合合格率。

3）三塘湖采油廠應(yīng)避免放回流做無(wú)用功。對(duì)大功率機(jī)泵進(jìn)行更換調(diào)整，大小兼?zhèn)?。根?jù)實(shí)際注水需求設(shè)置機(jī)泵負(fù)荷，杜絕打回流現(xiàn)象發(fā)生，提高注水站效率和注水系統(tǒng)效率，努力降低注水單耗，吐魯番采油廠連木沁站存在同樣問(wèn)題。

4）針對(duì)鄯善采油廠管路流量損失較大的現(xiàn)象，應(yīng)強(qiáng)化管線(xiàn)檢測(cè)，查找原因，避免管線(xiàn)泄漏。

5）降低注水管網(wǎng)損失率。注水管網(wǎng)中一般普遍存在管線(xiàn)結(jié)垢，可采取注水管網(wǎng)內(nèi)壁涂料防腐，不僅增加管網(wǎng)使用壽命，而且減少結(jié)垢，降低粗糙系數(shù)。

6）魯克沁采油廠應(yīng)減少配水間的節(jié)流損失和單井管線(xiàn)管損。為了控制注水量在配注范圍內(nèi)造成閥組損失較大，管壓差宜控制在0.5 MPa以下。

7）合理布置注水站和配水間。注水管線(xiàn)的壓力損失與管徑有關(guān)，還與管線(xiàn)長(zhǎng)度成正比，管線(xiàn)越長(zhǎng)，壓力損失越大。泵站到井口的壓力損失應(yīng)降低到最低限度，注水站出口至最遠(yuǎn)注水井井口的管網(wǎng)損失應(yīng)控制在1.0 MPa內(nèi)。

8）應(yīng)綜合治理注水水質(zhì)，加強(qiáng)注水水質(zhì)的化驗(yàn)分析。避免不同水質(zhì)混注后結(jié)垢或產(chǎn)生菌類(lèi)，對(duì)管線(xiàn)造成腐蝕。

9）合理優(yōu)化注水管網(wǎng)。對(duì)不合理的注水管網(wǎng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整改造，調(diào)整局部注水井與注水站的隸屬關(guān)系，使之負(fù)荷均勻，減少配水控制點(diǎn)，應(yīng)杜絕高低壓井混注現(xiàn)象。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過(guò)監(jiān)測(cè)分析評(píng)價(jià)得知，泵機(jī)組輸出總水量為918.85 m3/h，實(shí)際單井注水量881.06 m3/h，損失水量37.79 m3/h，其中僅打回流的無(wú)效注水量就有32.12 m3/h，相當(dāng)于現(xiàn)有1.5臺(tái)功率為185 kW的注水泵，以25 MPa的壓力、19 m3/h的流量在接近滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行做無(wú)效功。若對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行狀態(tài)加以?xún)?yōu)化調(diào)整，杜絕打回流現(xiàn)象的發(fā)生和管路損失，加強(qiáng)計(jì)量管理，按年330天計(jì)算，年可節(jié)約電量219.78× 104kWh；按每度0.72元電費(fèi)計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)158.24萬(wàn)元。

6 認(rèn)識(shí)與建議

1）強(qiáng)化計(jì)量器具配備，完善的計(jì)量是做好注水工作的基礎(chǔ)。

2）提高員工素質(zhì)，加強(qiáng)設(shè)備日常維護(hù)，是做好注水工作的關(guān)鍵。

3）加強(qiáng)注水系統(tǒng)能效監(jiān)測(cè)，對(duì)注水系統(tǒng)能耗做出準(zhǔn)確的、科學(xué)的分析與評(píng)價(jià)。

4）及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化注水管網(wǎng)，降低注水能耗。

5）建議推廣應(yīng)用注水系統(tǒng)自動(dòng)化遠(yuǎn)傳及監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化控制，提高注水系統(tǒng)管理水平。