坪北油田注水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整效果分析

熊 濤

（中國(guó)石化江漢油田分公司油氣工藝處，湖北 潛江433124）

坪北油田位于陜西省延安市安塞縣境內(nèi)，1999－2013年投入注水開發(fā)，開發(fā)儲(chǔ)量3 497×104t，占動(dòng)用儲(chǔ)量的100%，對(duì)應(yīng)的受效油井528口，日產(chǎn)原油476 t。油田注水系統(tǒng)現(xiàn)有注水站4座（聯(lián)合站、P65、P32、P199）和注水點(diǎn)2個(gè)（PX1和P11），總設(shè)計(jì)注水能力2 288m3／d，實(shí)際注水2 225m3／d。由于連續(xù)滾動(dòng)開發(fā)和開發(fā)思路調(diào)整，注水井?dāng)?shù)量、注水強(qiáng)度及分層注水井比例均增加，注水需求水量上升，注水線路也隨之延長(zhǎng)。P199注水站和P11注水點(diǎn)為2008年新建，設(shè)計(jì)注水能力分別為600m3／d和50m3／d，實(shí)際注水量分別為470 m3／d和25m3／d，其它站點(diǎn)及注水管網(wǎng)均為2010年左右投運(yùn)。

1 注水系統(tǒng)現(xiàn)狀

坪北油田注水系統(tǒng)始建于1999年，隨著油田注水規(guī)模加大，注水戰(zhàn)線拉長(zhǎng)，注水系統(tǒng)從能力、效率等方面都不能滿足生產(chǎn)要求，主要存在以下問(wèn)題。

1.1 注水量大幅增長(zhǎng)，注水能力嚴(yán)重不足

“十五”時(shí)期全油田年平均注水量不到35×104m3，“十一五”末、“十二五”初已經(jīng)增長(zhǎng)到全年92.0×104m3。P32注水站于2000年投產(chǎn)，已累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)超過(guò)3×104h，機(jī)械故障多，實(shí)際注水能力明顯下降，其它3座注水站也只能達(dá)到配注能力，不能滿足未來(lái)提高采收率配注發(fā)展要求以及管網(wǎng)調(diào)整需要。

1.2 污水處理系統(tǒng)能力欠缺，注水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)

2008年分公司水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，坪北油田注水綜合達(dá)標(biāo)率僅為56.85%，尤其是聯(lián)合站污水站達(dá)標(biāo)率僅為45%。各站注水流程短，水處理容積偏小，沉降時(shí)間嚴(yán)重不足；污泥排放無(wú)途徑，大量污泥在系統(tǒng)內(nèi)惡性循環(huán)。

1.3 注水系統(tǒng)能耗高，系統(tǒng)效率低

產(chǎn)能建設(shè)配套后，注水井網(wǎng)調(diào)整，造成注水管網(wǎng)布局不合理，注水效率低下，管損能耗大。2007年，對(duì)坪北油田4座注水站進(jìn)行了注水地面系統(tǒng)效率和單耗測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，該油田平均注水系統(tǒng)效率僅為43.32%，從注水站到注水井口平均壓力損失均大于4MPa，尤其是P32和P65站，平均壓力損失超過(guò)了6.6MPa。注水站部分設(shè)備未在最優(yōu)工況下運(yùn)行，造成系統(tǒng)能耗高。

1.4 部分注水管線腐蝕嚴(yán)重，安全隱患大

P65－P60注水主干線、P61支干線、P22－P18－P86、P62－PX7－PX6注水管線均在1998年投產(chǎn)使用，局部管段已多次穿孔，管線已達(dá)到更換年限。坪北注水干線大多投產(chǎn)于2001年前，按長(zhǎng)慶等周邊油田注水管線使用年限及坪北的現(xiàn)有管線腐蝕情況來(lái)看，近兩年內(nèi)大部分注水干線超過(guò)使用年限，可能出現(xiàn)大量穿孔現(xiàn)象，注水干線更換的需求量大。

2 注水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整

2009年以來(lái)，對(duì)坪北油田注水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，引進(jìn)了注水、污水處理新工藝、新技術(shù)。

2.1 新建、改造注水站，提高注水能力

結(jié)合坪北油田欠注區(qū)塊、注水系統(tǒng)分布狀況，合理優(yōu)化布局，通過(guò)新建、改造注水站，提高注水能力。2010年新建了P16注水站、PX6注水點(diǎn)，分別增加注水能力360m3／d，150m3／d；系統(tǒng)改造 P65 注水站，其注水能力提高了760m3／d。全油田年注水能力提高46.4×104m3，滿足滾動(dòng)開發(fā)和強(qiáng)化注水的需求。

2.2 優(yōu)化污水處理工藝，提高注水水質(zhì)

聯(lián)合站原污水處理工藝是采用傳統(tǒng)的混凝沉降和精細(xì)過(guò)濾工藝。通過(guò)調(diào)研，對(duì)原方案進(jìn)行工藝優(yōu)化調(diào)整，引進(jìn)電化學(xué)離子穩(wěn)定技術(shù)，采用離子調(diào)整、旋流分離、懸浮污泥過(guò)濾、PLC自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，將三相污水、生活污水、產(chǎn)建污水、作業(yè)污水等多種污水進(jìn)行混合處理。優(yōu)化調(diào)整后，聯(lián)合站的注水站出口和對(duì)應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)注水井井口水質(zhì)均達(dá)標(biāo)，沿程水質(zhì)穩(wěn)定，達(dá)到了中石化污水處理的先進(jìn)水平，避免了生活污水外排對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的污染以及產(chǎn)建作業(yè)污水回灌對(duì)水資源造成的浪費(fèi)。

優(yōu)化P32注水站、P65注水站水處理工藝流程，更換纖維束精細(xì)過(guò)濾器，水質(zhì)得到改善，確保了水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，提高了水驅(qū)開發(fā)效果（表1）。

表1 坪北注水站水質(zhì)對(duì)比表

2.3 優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，提高注水系統(tǒng)效率

2.3.1 優(yōu)化注水管網(wǎng)，降低注水能耗

由于開發(fā)方案的調(diào)整，2013年配注量大幅下調(diào)，存在大馬拉小車的現(xiàn)象，部分注水泵運(yùn)行存在困難，因此，對(duì)注水系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。一是合并P65站和PX6注水點(diǎn)，將PX6、PX7、PX8三個(gè)平臺(tái)注水井改為由P65站注水，年節(jié)電1.2×104kW·h。二是合并P199－2和P83注水系統(tǒng)，敷設(shè)P199－2至P83平臺(tái)注水管線，將P83、P97、P23三個(gè)平臺(tái)注水井改由P199－2注水點(diǎn)注水，年節(jié)電3.8×104kW·h。通過(guò)此項(xiàng)優(yōu)化，年節(jié)約清水2.3×104m3，優(yōu)化了設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，降低了設(shè)備能耗，年節(jié)電5.0×104kW·h，減少了崗位工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用（表2）。

表2 P65站、P199－2注水系統(tǒng)調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比

2.3.2 優(yōu)化注水工藝，提高系統(tǒng)效率

1）改造老舊設(shè)備。根據(jù)注水系統(tǒng)效率的測(cè)試數(shù)據(jù)，P73站注水泵機(jī)組效率下降為74%，注水單耗由3.8 kW·h／m3上升至4.3kW·h／m3，經(jīng)分析研究，確認(rèn)為注水泵泵體腐蝕降低了泵機(jī)組效率。更換了P73站注水泵泵頭后，注水單耗下降至3.8kW·h／m3，注水泵效達(dá)到90.2%，泵機(jī)組效率提高16.2%，年節(jié)約用電量為11.0×104kW·h。

2）優(yōu)化注水泵參數(shù)。由于開發(fā)方案的調(diào)整，2013年P(guān)32、P199注水站對(duì)應(yīng)注水井的 配注量大幅下調(diào)，注水泵運(yùn)行存在大馬拉小車現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)對(duì)注水泵的優(yōu)化調(diào)整，其額定排量分別由1 200m3／d，800m3／d降至800m3／d，500m3／d。優(yōu)化后，注水單耗從4.5kW·h／m3下降到3.8kW·h／m3，注水泵機(jī)組效率提高了21.6%，年節(jié)電39.4×104kW·h（見表3）。

3）合理優(yōu)化管網(wǎng)流程。根據(jù)開發(fā)方案，2012－2014年新建注水井32口，分布在P73、P32、P199、P16、P65等6座注水系統(tǒng)中。注水管網(wǎng)布置因地制宜，依托現(xiàn)有管網(wǎng)流程，就近敷設(shè)注水管線，采用單干管（從注水站到配水間只用一條管線）、小支線（從注水干線到注水平臺(tái)或從配水間到注水井口采用小直徑管線）、樹枝狀管網(wǎng)串連。不建配水間，只建閥門池，采用小閥門（DN40mm），小管線（Φ48mm），小儀表（DN50mm）的“三小”工藝。井口采用簡(jiǎn)易250型，油套分注井采用單翼注水井口，常規(guī)分注和籠統(tǒng)注水井采用雙翼注水井井口。平臺(tái)計(jì)量采用渦輪流量計(jì)，單井計(jì)量采用多功能配水器配套，結(jié)合引進(jìn)的恒流、恒壓注水工藝技術(shù)。其中，僅恒壓注水工藝技術(shù)使注水系統(tǒng)平均單耗下降了1.06kW·h／m3。

表3 P32、P199站更換柱塞前后參數(shù)對(duì)比

2.4 優(yōu)化注水管網(wǎng)系統(tǒng)，合理調(diào)配水資源

隨著開發(fā)的不斷深入和地下水資源保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，坪北油田清水資源十分緊張，產(chǎn)建作業(yè)污水明顯增加，供注水矛盾突出。P73注水站日回收污水610m3，實(shí)際日注水量550m3，富余污水回灌；P199污水站日產(chǎn)出三相污水120m3，實(shí)際日注水量90m3，富余量與油水混輸至P73站。針對(duì)這種情況，通過(guò)對(duì)注水系統(tǒng)的分析研究，決定對(duì)水資源實(shí)行平衡調(diào)配，敷設(shè)了P74－P101、P199－P199－6兩條注水管線，實(shí)現(xiàn)P73污水系統(tǒng)和P32清水系統(tǒng)的溝通，達(dá)到合理調(diào)配P73、P199和P32注水系統(tǒng)水資源的目的，解決了重點(diǎn)區(qū)塊供、注水矛盾，年節(jié)約清水5.5×104m3，年節(jié)約用電量18.2×104kW·h。其中，P73注水站年節(jié)約污水回灌電量15.1×104kW·h，年節(jié)約清水4.4×104m3。

2.5 更換注水管線，降低安全風(fēng)險(xiǎn)

按照安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)程度，對(duì)坪北油田注水管網(wǎng)進(jìn)行了改造。更換服役時(shí)間長(zhǎng)、穿孔風(fēng)險(xiǎn)大的注水管線，并根據(jù)地形優(yōu)化注水系統(tǒng)管線走向，即：更換注水北干線和東干線4.84km；將P35－P37、P82－P81注水管線改道沿緩坡敷設(shè)，分別新增加1.65，1.5km；將原P84－P28井臺(tái)間注水管線改道繞過(guò)水庫(kù)，新增1.4km；更換P17－P86、P9－P29、P10－P14注水支線4.7km。這些措施有效提高了注水系統(tǒng)安全等級(jí)、降低安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，確保油田的可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)論

1）坪北油田注水系統(tǒng)整體改造后，有效地改善了坪北油田注水系統(tǒng)的運(yùn)行條件，解決了局部水源不足、污水處理水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、水源分布不合理、系統(tǒng)運(yùn)行安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題。系統(tǒng)改造后節(jié)能降耗效果明顯，對(duì)其他油田的注水系統(tǒng)優(yōu)化與調(diào)整具有指導(dǎo)意義。

2）隨著勘探開發(fā)的持續(xù)深入以及油田開發(fā)方案的不斷調(diào)整，油田注水系統(tǒng)要與開發(fā)方案緊密結(jié)合，及時(shí)、系統(tǒng)地進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，達(dá)到節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的目的，確保油田“注好水、注夠水”，為油田穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造條件。

［1］徐同歡.坪北油田“五配套”精細(xì)注水工藝技術(shù)［J］.江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，27（03）：27－29.