油田注水系統(tǒng)管網(wǎng)優(yōu)化

楊琦

油田注水系統(tǒng)管網(wǎng)優(yōu)化

鹿桂華1楊琦1夏魯2徐敏航3彭少華4

1中國地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院2中原油田采油三廠3中海油研究總院4中國石化發(fā)展計(jì)劃部

油田注水管線年費(fèi)用折算包括按年計(jì)的管網(wǎng)建造費(fèi)用和管理費(fèi)用，它是管道經(jīng)濟(jì)計(jì)算時(shí)的目標(biāo)函數(shù)。針對管網(wǎng)研究成果編制了相應(yīng)的優(yōu)化軟件，并對中原油田采油三廠的4條注水干線（衛(wèi)一北、衛(wèi)二北、衛(wèi)一南、衛(wèi)二南）進(jìn)行了分析，其中衛(wèi)二北、衛(wèi)一南注水管線需要進(jìn)行清洗，投資回收期小于1年。上述2條注水管線均進(jìn)行了化學(xué)清洗，總投入約19萬元，2條注水干線的效率提高了8%，年節(jié)約電費(fèi)約20萬元，不但取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，還可以確保油田注水管道安全運(yùn)行，目前該技術(shù)在油田其他采油廠進(jìn)行推廣應(yīng)用。

注水；經(jīng)濟(jì)流速；投資回收期；管線；流量；優(yōu)化

中原油田主要采用將處理后的油田產(chǎn)出水注入地層，維持地層壓力，以保證油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。油田每天注水量約12×104m3，注水管線（包括注水干線，分支線和單井管線）擔(dān)負(fù)著將注入水輸至各注水井口的橋梁作用，總長約280km。根據(jù)油田生產(chǎn)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合理論計(jì)算，得到油田不同注水管徑的經(jīng)濟(jì)流速，既可以優(yōu)化管道設(shè)計(jì)，還可對管道運(yùn)行維護(hù)提供參考。

1 注水管線水力損失計(jì)算

注水管道流體流速公式為

根據(jù)舍維列夫公式，舊鋼管或舊鑄鐵管沿程阻力系數(shù)計(jì)算公式為

當(dāng)流體v≥1.2m/s時(shí)

當(dāng)流體v＜1.2m/s時(shí)

油田內(nèi)注水管線液體流速通常大于1.0m/s，即使部分注水管線流體流速小于1.0m/s，通過比較公式（2）計(jì)算的結(jié)果與公式（3）計(jì)算的結(jié)果可知i值相差不大，由于摩阻系數(shù)i值較小，為了簡化計(jì)算，注水管線水力損失計(jì)算采用如下公式

式中v為管內(nèi)流速（m/s）；q為管段流量（L/s）；D為管線內(nèi)徑（m）；L為管長（m）；H為注水干（支）線的水頭損失（m），其中HJ取HY的15%進(jìn)行計(jì)算。

2 注水管線年費(fèi)用折算值

油田注水管線年費(fèi)用折算包括按年計(jì)的管網(wǎng)建造費(fèi)用和管理費(fèi)用，它是管道經(jīng)濟(jì)計(jì)算時(shí)的目標(biāo)函數(shù)，注水管線年費(fèi)用折算值公式為

注水管線的建造費(fèi)C=a+bDα

式中D為管段內(nèi)徑（m）；t為投資償還期（a）；q為管段的總流量（L/s）；ηS為泵站效率；W為管線年費(fèi)用折算值（元）；a、b、α為單位管線造價(jià)公式中的系數(shù)；P為每年扣除的折舊費(fèi)和大修費(fèi)，以管網(wǎng)造價(jià)的百分?jǐn)?shù)計(jì)；M為每年管理費(fèi)，包括動力費(fèi)用M1和折舊大修理費(fèi)M2（元）；E為電價(jià)（元/千瓦時(shí)）；C為管線總建造費(fèi)用（元）。

3 注水管線建造費(fèi)用公式

油田不同注水管徑和造價(jià)的對應(yīng)關(guān)系見表1。

根據(jù)表1做出單位管線（每米管線）造價(jià)C與管徑D的關(guān)系曲線，如圖1所示?？傻肈=0，C=a=50。

把Lg(C-a)與LgD的對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)列入表2。

根據(jù)表2，可以繪制Lg(C-a)與LgD的對應(yīng)關(guān)系圖。

得出α=1.86，b=1.75×104。從而得出油田注水管線（單位長度）建造費(fèi)用公式

表1 油田注水管徑D和造價(jià)C的對應(yīng)關(guān)系

表2 lg(C-a)與lgD的對應(yīng)數(shù)據(jù)關(guān)系

3.1 注水管線經(jīng)濟(jì)流速分析

圖1 單位注水管線造價(jià)C與管徑D的關(guān)系曲線

把α=1.86、E=0.486元/千瓦時(shí)、b=1.75× 104、P=12.5、t=5(a)代入公式（8），并將q= 0.785D2v代入上式，得注水管線的經(jīng)濟(jì)流速公式

其中：注水管線的折舊費(fèi)按直接綜合折舊，年限為12年；年修理費(fèi)按年折舊額的50%計(jì)算，投資償還期按5年計(jì)算。

根據(jù)公式（9）計(jì)算各種注水管線相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)流速，見表3。

3.2 注水管線界限流量分析

每種標(biāo)準(zhǔn)管徑不僅有最經(jīng)濟(jì)的流量，而且有其經(jīng)濟(jì)的界限流量范圍，在此流量范圍內(nèi)使用這種管徑都是經(jīng)濟(jì)的，超過界限流量范圍就需選用大一號或小一號的標(biāo)準(zhǔn)管徑。根據(jù)相鄰兩標(biāo)準(zhǔn)管徑D1和D2的年折算費(fèi)用相等可確定界限流量，相應(yīng)的流量q1即為相鄰管徑的界限流量，q1為D1的上限流量，又是D2的下限流量。凡是管段流量在q1和q2之間的，應(yīng)用D2的管徑。

將相鄰兩標(biāo)準(zhǔn)管徑Dn-1和Dn分別代入年折算費(fèi)用公式得

表3 各種規(guī)格注水管線的經(jīng)濟(jì)流速

表4 注水管線的界限流量

按相鄰兩檔管徑的年折算費(fèi)用相等，可得

根據(jù)公式（10）求得油田各種規(guī)格注水管線的界限流量，見表4。

從以上分析可知，注水管線的實(shí)際注水量一般小于其界限流量上限，若一些注水干線配水量較大，可考慮由附近配水量較小的注水干線分流，或增建注水干線。若注水管線水頭損失較大，一般是由于結(jié)垢較嚴(yán)重造成的。

4 結(jié)論

針對管網(wǎng)研究成果編制了相應(yīng)的優(yōu)化軟件，并對中原油田采油三廠的4條注水干線（衛(wèi)一北、衛(wèi)二北、衛(wèi)一南、衛(wèi)二南）進(jìn)行了分析，其中衛(wèi)二北、衛(wèi)一南注水管線需要進(jìn)行清洗，投資回收期小于1年。上述2條注水管線均進(jìn)行了化學(xué)清洗，總投入約19萬元，2條注水干線的效率提高了8%，年節(jié)約電費(fèi)約20萬元，不但取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，還可以確保油田注水管道安全運(yùn)行，目前該技術(shù)在油田其他采油廠進(jìn)行推廣應(yīng)用。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.011