高升油田雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)能耗分布規(guī)律研究及應用

周　兵（中國石油遼河油田分公司高升采油廠）

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高升油田雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)能耗分布規(guī)律研究及應用

周兵（中國石油遼河油田分公司高升采油廠）

注水系統(tǒng)節(jié)能降耗已成為油田降低生產(chǎn)成本的重要研究課題，而注水設備是節(jié)能降耗的關鍵，不但要進行提高泵效的研究，更要把注水設備放在注水系統(tǒng)這個大環(huán)境中，即研究注水泵站分布、合理的注水半徑、注水管網(wǎng)直徑和走向、單井配注等，以達到投資最少、注水效果最好、系統(tǒng)效率最高的目標。為此，借助注水系統(tǒng)能耗分析計算機軟件研究注水系統(tǒng)能耗分布規(guī)律，評價出注水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的能耗、效率、注水單耗狀況，找出系統(tǒng)用能存在的薄弱環(huán)節(jié)；并提出有針對性的調(diào)整改造措施，以此達到提高整體注水系統(tǒng)效率，降低油田區(qū)塊開發(fā)成本。

注水系統(tǒng)節(jié)能降耗能耗分布規(guī)律效率開發(fā)成本

高升采油廠雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)有注水站1座，計量站5座，單井點4座，注水井44口，日注水量2300 m3左右，注水井壓力相差大，注水系統(tǒng)使用年限長，系統(tǒng)能耗高；因此，借助注水系統(tǒng)能耗分析計算軟件，開展注水系統(tǒng)能耗分布規(guī)律研究，找出系統(tǒng)用能存在的薄弱環(huán)節(jié)，并提出有針對性的調(diào)整改造措施，以此達到提高注水系統(tǒng)效率，降低油田區(qū)塊開發(fā)成本的目的。

1　研究內(nèi)容

1）開展雷家注水系統(tǒng)能耗評價方法研究。根據(jù)雷家注水系統(tǒng)現(xiàn)狀，通過建立注水系統(tǒng)及其用能單元的能量平衡分析模型，確定相應的能耗評價及分析指標［1］，主要包括注水泵機組效率、注水站效率、注水站內(nèi)泵管能損率、注水管網(wǎng)能損率、配水間能損率、注水井井口閥能損率、地面注水系統(tǒng)效率等。

2）開展雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)能耗測試方案制定，測試內(nèi)容主要包括注水泵機組效率、注水站效率、注水管網(wǎng)能損以及配水間能損測試等。

3）開展雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)水力分析計算方法及其修正技術研究。根據(jù)注水管網(wǎng)的結構特點，采用流體力學理論研究建立系統(tǒng)水力分析計算方法，針對理論計算結果與實際計算結果誤差較大的問題，采用最優(yōu)化擬合技術對水力計算模型進行修正。

4）對雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)能耗測試結果進行分析與評價，確定系統(tǒng)能耗分布規(guī)律，找出用能存在的薄弱環(huán)節(jié)。

5）制定雷家注水系統(tǒng)效率提升調(diào)整改造方案。根據(jù)區(qū)塊注水系統(tǒng)生產(chǎn)運行現(xiàn)狀，制定合理的注水系統(tǒng)調(diào)整改造方案，確定提高系統(tǒng)效率的方法。

2　現(xiàn)場實施

2.1管網(wǎng)現(xiàn)場調(diào)查

對區(qū)塊的注水系統(tǒng)管網(wǎng)進行詳細調(diào)查，核定區(qū)塊注水系統(tǒng)管網(wǎng)的結構，落實干線和支線的管線布置、節(jié)點分布、閥門以及各注水站和配水間的具體位置，對部分注水站和配水間的管網(wǎng)運行參數(shù)進行監(jiān)測。主要測試內(nèi)容包括：采用PT878超聲波流量計和精密壓力表測試注水站、配水間的各管線的壓力和出口流量；采用Fluke435電能質(zhì)量分析儀測試注水站的注水泵及單井增注泵的電能消耗量。

2.2注水系統(tǒng)能耗測試

根據(jù)注水系統(tǒng)測試要求，在對注水管網(wǎng)所涉及到的注水站進行現(xiàn)場調(diào)查，了解注水站站內(nèi)管網(wǎng)分布情況，記錄注水站注水所涉及的設備參數(shù)。

1）注水泵電動機能耗測試。高升油田雷家注水系統(tǒng)電動機有2種型號，分別是Y355L-4和Y2-355-4，對電動機的測試主要利用電參數(shù)綜合測試儀測出電動機的電壓、電流、功率因數(shù)和有功功率等。

2）注水站內(nèi)能耗測試。依據(jù)注水系統(tǒng)注水站內(nèi)能耗計算方法，需要測試注水泵入口壓力、出口壓力、實際排量，測試注水站各出口管線的壓力和流量，從而計算出注水站內(nèi)各部分的能量損失。

3）配水間內(nèi)能耗測試。按照雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)配水間內(nèi)管網(wǎng)分布（圖1），對注水管網(wǎng)所涉及的7個配水間（分布在5個計量站）進行現(xiàn)場調(diào)查，了解各配水間的注水情況，測試各配水間的輸入壓力（干線壓力）以及所包括各注水井的壓力（油壓）和流量，從而計算出配水間各部分能量損失及注水井的有效能量。

2.3注水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)單元能耗計算分析

根據(jù)測出的注水站出口流量和出口壓力，結合測試的各配水間的流量壓力數(shù)據(jù)和電能消耗量，利用注水系統(tǒng)能耗分析計算機軟件，統(tǒng)計出雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)單元的能量分布，主要包括泵機組能耗、站—間管網(wǎng)能耗、增注泵能耗、配水間內(nèi)管網(wǎng)能耗、注水井有效能耗等部分。通過對區(qū)塊注水系統(tǒng)的4次測試和計算結果，統(tǒng)計出區(qū)塊注水系統(tǒng)能量分布結果（表1）。

從表1可以看出（以第1次測試計算數(shù)據(jù)為例），啟用1、3、4注水泵，注水泵機組輸入功率為566.5 kW，注水泵輸出功率469.7 kW，注水泵機組損失96.7 kW，泵機組效率82.9%，泵注水單耗6.3 kWh/m3。注水泵輸出功率分配給2個環(huán)節(jié)：從注水站到配水間管線損失功率18.1 kW；進入配水間功率451.6 kW。進入配水間的能量也分配給2個環(huán)節(jié)：注水前閥門節(jié)流損失功率21.3 kW；輸出到注水井有430.3 kW。增注泵輸入功率119.4 kW，輸出功率23.6 kW，損失功率95.7 kW，增注泵效率19.8%。加上增注泵增加的功率，進入井口的功率為454.3 kW，井口閥門節(jié)流150.6 kW，真正注入注水井的有效功率只有303.7 kW；注水系統(tǒng)效率44.3%，注水系統(tǒng)單耗7.6 kWh/m3。

圖1　雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)配水間管網(wǎng)

表1　注水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)單元能耗分析

3　調(diào)整方案制定

根據(jù)以上統(tǒng)計結果，雷家注水系統(tǒng)能耗最大的2個環(huán)節(jié)是井口節(jié)流損失和增注泵機組損失［2］。井口節(jié)流損失大的主要原因是由于進入井口壓力太高，注水井所需要的壓力較小，這個較大的壓差造成井口節(jié)流損失大。增注泵機組能耗高的主要原因是由于增注泵實際的排量和壓力遠遠小于增注泵額定的排量和壓力，造成增注泵工作在低效率區(qū)域，增注泵機組能耗就大；并根據(jù)現(xiàn)場實際制定2項調(diào)節(jié)措施。

3.1井口增注泵調(diào)節(jié)措施

針對增注泵測試計算結果可知，現(xiàn)場有32口噴頭壓井，其增壓值大于或等于10 MPa的只有5口，一半以上的井增壓都小于7 MPa；而所選用的增壓泵額定增壓值都大于10 MPa，一半以上是15 MPa。況且，增壓井注水量都在5 m3/h，90%的井注水量都在3 m3/h以下；而所選用的增壓泵額定排量都大于3 m3/h，超過75%的增注泵額定排量大于4 m3/h。因此，從對比可以看出，雷家區(qū)塊注水系統(tǒng)所選用的增注泵與實際增注井不匹配，造成增注泵效率偏低，絕大部分增注泵的效率在40%以下，平均效率為21%。對目前的增壓泵進行統(tǒng)計分析，確定各井所需的注水壓力值，根據(jù)不同的注水壓力需要選用不同的增壓泵，這樣可以提高增壓泵的工作效率。目前所用的增壓泵額定效率都在65%左右，可以提高效率40%以上。

3.2注水系統(tǒng)整體降壓

根據(jù)泵壓的計算公式和結果可以確定，管線壓降、凈揚程降低后，系統(tǒng)對泵壓的需求減少，這就為降低泵壓創(chuàng)造了條件。系統(tǒng)壓力需求降低后，再采用水泵減級、葉輪車削、變頻等改變水泵特性措施降低泵壓，同時對壓力需求高的注水井必須予以增壓方可滿足注水要求［3］。由于增壓的流量小于降壓的流量，因此可達到節(jié)能的目的。這種“大流量降壓、小流量增壓”的方法也是注水系統(tǒng)節(jié)能的基本措施之一。因此，綜合考慮注水系統(tǒng)注水泵性、注水管網(wǎng)壓力、注水井注入量和注入壓力等影響因素，以降低系統(tǒng)能耗為目標制定降壓2 MPa運行方案，優(yōu)化調(diào)整注水泵的運行狀態(tài)，對于注水量欠注的注水井，采取局部增壓方法解決。

4　效果分析

1）增注泵效率提高。通過增壓泵的選型更換，增壓泵的效率提高了40%。按目前的增壓泵輸功率30kW計算，年節(jié)電64.7×104kWh，而按0.681 9元/kWh計算，則年節(jié)電費約為44.12萬元。

2）注水系統(tǒng)整體降壓。通過對注水泵降壓2 MPa后注水泵壓力為16.6 MPa，流量不變?yōu)?1 m3/h，注水泵機組效率為85%，消耗功率493.7 kW，節(jié)省功率66 kW；按增流量8.93 m3/h、最大壓力2.0 MPa、增注泵效率60%計算，則增注泵消耗功率為8.3 kW，年節(jié)電可達50.5×104kWh，年節(jié)電費約為34.44萬元。

5　結論

通過系統(tǒng)效率的測試計算，可以根據(jù)能耗分布規(guī)律適當采取以下措施，以提高整體注水系統(tǒng)的效率：

1）研究注水系統(tǒng)各用能單元的能量平衡分析模型，找尋能量分布規(guī)律，可以為提高注水系統(tǒng)效率提供強有力的技術數(shù)據(jù)支持。

2）針對增壓泵機組效率低的現(xiàn)場，采取“大流量降壓、小流量增壓”的方法，是注水系統(tǒng)節(jié)能的有效措施之一，即通過增注泵選型，實現(xiàn)增壓泵與現(xiàn)場實際注水需求合理匹配，可以達到提升注水系統(tǒng)效率的目的。

3）針對配水間節(jié)流損失較大的注水系統(tǒng)，通過對注水系統(tǒng)整體降壓的節(jié)能改造措施，可以適當?shù)販p少配水間的節(jié)流損失和管閥的節(jié)流損失，也能達到提高注水系統(tǒng)效率。

［1］梁光川，鄭云萍，彭自學，等.油田地面注水系統(tǒng)效率分析［J］.西南石油學院學報，2001，23（2）：62-65.

［2］豐國斌.油田注水系統(tǒng)節(jié)能［J］.石油規(guī)劃設計，1996（2）：7-9.

［3］陸躍軍.雙河油田注水系統(tǒng)節(jié)能分析和改造方案初探［J］.華北油田設計，1998（1）：39-45.

霧霾天佩戴口罩堅守崗位

12月1日，北京石油和平里加油站員工在霧霾天里堅守崗位給顧客加油。當日，北京現(xiàn)空氣重污染過程，這是自今年3月31日《北京市空氣重污染應急預案》修訂后，首次啟動橙色級別的預警，也是今年首個空氣重污染橙色預警。北京石油迅速啟動環(huán)境保護應急預案，為崗位員工配發(fā)口罩，對各加油站油氣回收設備、設施著重加強密閉檢查，做到特殊天氣平穩(wěn)供油。

胡慶明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.003

2015-04-14）

周兵，工程師，2006年畢業(yè)于大慶石油學院（石油工程專業(yè)），從事油田集輸系統(tǒng)生產(chǎn)運行管理工作，E-mail：zhoubing19750810@126.com，地址：遼寧省盤錦市遼河油田高升采油廠集輸大隊，124125。