臺(tái)肇地區(qū)注水系統(tǒng)節(jié)能措施及效果

劉瑞雪（大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠）

1 現(xiàn)狀

臺(tái)肇地區(qū)自2000年投產(chǎn)以來(lái)，一直沿用柱塞泵注水工藝和單泵多井注入流程[1]。受儲(chǔ)層物性差、層間和平面非均質(zhì)性強(qiáng)的影響，進(jìn)入中高含水階段以來(lái)，部分注水井出現(xiàn)了壓力高、吸水差甚至不吸水的狀況。為滿足個(gè)別井的注入需求，注配間增壓柱塞泵需要輸出較高的壓力，大幅度增加了注水系統(tǒng)的能耗。針對(duì)存在的問題和潛力，遵循以整個(gè)注水系統(tǒng)降壓節(jié)電，注配間至井口耗能節(jié)點(diǎn)全面治理，地面、采油和油藏的整治措施相互綜合為技術(shù)思路，重點(diǎn)針對(duì)高壓欠注井和單井壓力差異大的注配間應(yīng)用分壓注水、變頻調(diào)速、管線清洗和改造、酸化洗井、方案優(yōu)化等技術(shù)措施，強(qiáng)化精細(xì)管理和精準(zhǔn)治理，開展節(jié)能降耗工作。

臺(tái)肇地區(qū)注水系統(tǒng)目前共有注水井278口，注水管線272.86 km，聯(lián)合站1座，水質(zhì)處理站2座，注配間29座，柱塞泵96臺(tái)，日注水能力3300 m3，年耗電量444.94×104kWh。注入水經(jīng)水質(zhì)處理站處理后，低壓輸至注配間，再經(jīng)小排量柱塞泵升壓后，高壓輸至注水井。單座注配間內(nèi)通常設(shè)置1～4臺(tái)柱塞泵，并聯(lián)運(yùn)行，連接多口注水井[1-2]。

2 存在的問題

2.1 柱塞泵運(yùn)行壓力高，能耗較大

臺(tái)肇地區(qū)受儲(chǔ)層滲透率低影響，注水井注入壓力較高，普遍高于15 MPa，22 MPa以上的井占比40%以上，各個(gè)注配間柱塞泵的泵壓為22.52～22.9 MPa，較高的泵壓意味著較高的耗電量。

2.2 低壓注水井憋壓，截流耗能

臺(tái)肇地區(qū)受儲(chǔ)層非均質(zhì)性影響，不同注水井注入壓力高低有別，即使對(duì)于同一注配間，注入壓力也相差較大。以ZH212隊(duì)的8個(gè)注配間為例，注水壓力相差幅度普遍高于3 MPa（表1）。對(duì)于單泵多井注入流程，注入壓力最高的井決定了柱塞泵的注入壓力，注入壓力相對(duì)較低的井則需要依靠閥門調(diào)節(jié)壓力，注水井憋壓，泵壓損失較大，截流造成大量電能浪費(fèi)。

表1 ZH212隊(duì)注配間水井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)

2.3 單井爭(zhēng)水搶水嚴(yán)重，注水波動(dòng)

對(duì)于單泵多井注入流程，泵排量一定，現(xiàn)場(chǎng)利用閥門控制水量，高壓注水井閥門幾乎全部打開，低壓井閥門輕微開啟。注入水中的機(jī)械雜質(zhì)可造成低壓井閥門堵塞，管線震動(dòng)易引發(fā)低壓井閥門關(guān)閉，致使多余水量流向高壓井，給設(shè)備管理帶來(lái)一定困難，平穩(wěn)注水難度較大。

2.4 管線腐蝕結(jié)垢

臺(tái)肇地區(qū)部分注水管線使用年限較長(zhǎng)，管壁結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重，注水壓力損失較大，增加了無(wú)效的能耗，加之部分老化的復(fù)合管，出現(xiàn)穿孔、滲漏、損壞等現(xiàn)象[3]，對(duì)注水系統(tǒng)效率產(chǎn)生負(fù)面影響。

3 節(jié)能降耗措施

臺(tái)肇地區(qū)注水系統(tǒng)節(jié)能降耗工作以注配間降壓節(jié)電為目標(biāo)，通過(guò)單井、管線、注配間“兩點(diǎn)一線”開展治理工作，按照地面設(shè)備改造、降壓增注措施、地質(zhì)方案優(yōu)化相結(jié)合的思路，深化注水系統(tǒng)能耗挖潛。鑒于注水井可以按照配注完成情況分為兩類：多數(shù)的正常井，注入壓力高低有別；少數(shù)的欠注井，注入壓力接近泵壓。針對(duì)前者，注重從注配間地面設(shè)備改造入手，通過(guò)采取分壓注水、安裝變頻器、管線改造等措施，力圖將注入壓力接近的井接入統(tǒng)一柱塞泵；針對(duì)后者，注重利用采油工程和油藏工程的手段從單井入手，通過(guò)利用酸化解堵、化學(xué)洗井和方案優(yōu)化等措施，力圖將高壓欠注井降壓。

3.1 正常注水井

3.1.1 分壓注水

分壓注水針對(duì)同一注配間注水壓力差別，按壓力區(qū)間設(shè)計(jì)雙匯管流程，合理的匹配注水壓力，將注水壓力大小接近的注水井歸為一類，劃分高、低兩個(gè)區(qū)域，采用相應(yīng)泵壓的柱塞泵注水。以M801隊(duì)8#注配間為例（表2），該間共有12口注水井，2臺(tái)柱塞泵，注水壓力13～22.65 MPa，柱塞泵出口壓力均設(shè)在23 MPa。經(jīng)流程改造后，將注水井劃分13～18 MPa和18～23 MPa兩個(gè)壓力系統(tǒng)，分別由2臺(tái)不同的柱塞泵分壓注水，柱塞泵最高壓力分別為19 MPa和23 MPa。這樣既可減輕由于壓力差距太大而造成搶水現(xiàn)象，又能減少泵管壓差損失，提高注水系統(tǒng)效率、降低能耗、減少成本。全年累計(jì)節(jié)電7.34×104kWh。

表2 M801隊(duì)注配間分壓注水前后數(shù)據(jù)對(duì)比

3.1.2 變頻調(diào)速

變頻調(diào)速裝置通過(guò)調(diào)節(jié)柱塞泵的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[4]，使得泵的排量減小，不需要柱塞泵打回流來(lái)控制注水量。當(dāng)注水系統(tǒng)中水井出現(xiàn)開關(guān)井、方案調(diào)整時(shí)，充分利用各注配間已有的變頻器，根據(jù)注配間實(shí)際注水情況及變頻調(diào)速的特性來(lái)獲取所需注水量，在滿足注水需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)供水和柱塞泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行二者兼顧。2017年臺(tái)肇地區(qū)9個(gè)注配間實(shí)現(xiàn)柱塞泵閉環(huán)控制，維修變頻18次，全年累計(jì)節(jié)電 18.8×104kWh。

3.1.3 空穴射流清洗管線

由于注水管線腐蝕、結(jié)垢導(dǎo)致壓力損失，針對(duì)周期注水井、冬關(guān)井，推廣空穴射流清洗技術(shù)，該技術(shù)利用用流體力學(xué)中的空穴效應(yīng)[5]，對(duì)于注水管線內(nèi)壁附著的污油、死蠟、無(wú)機(jī)垢、機(jī)械雜質(zhì)和細(xì)菌及其分泌物，能夠起到很好的清理作用。2017年清洗管線長(zhǎng)度25 715 m，在清洗器端口共計(jì)清出油垢、污泥約8 t，管線清洗后壓力損失平均減少0.5 MPa，平均流量增加20 m3/h，節(jié)電5.3×104kWh，達(dá)到注水管網(wǎng)節(jié)能降耗的目的；此外，管線清洗后，從端口處可見管線內(nèi)壁變得整潔光滑，呈現(xiàn)出金屬光澤，可有效地減緩腐蝕結(jié)垢速度。

3.1.4 管線改造

針對(duì)部分老化管線結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重，注水生產(chǎn)時(shí)壓力損失大、刺漏狀況頻發(fā)等問題，2017年完成17條腐蝕老化注水管線、1條注水干線的改造，將管線材質(zhì)由復(fù)合管改為無(wú)縫鋼管，改造總長(zhǎng)度16.3 km，涉及17口注水井，對(duì)應(yīng)注配間柱塞泵降壓 0.5 MPa，節(jié)電 4.2×104kWh。

3.2 高壓欠注井

針對(duì)部分欠注井注入壓力高，并導(dǎo)致注配間泵壓較高的情況，在采油工程方面，選取5個(gè)注配間8口欠注井開展酸化解堵施工，選取34口欠注井開展化學(xué)洗井，措施后注配間柱塞泵壓力降低1.0～2.0 MPa，累計(jì)節(jié)約電量16.3×104kWh，在降壓增注的同時(shí)兼顧了節(jié)能降耗。

對(duì)于油井壓力、產(chǎn)液量、含水相對(duì)較高的“三高”井組，從油藏工程角度，對(duì)連通注水井進(jìn)行方案跟蹤調(diào)整，對(duì)高含水層下調(diào)水量，降低無(wú)效注水，2017年對(duì)21口井、39個(gè)注水層段進(jìn)行了注水方案優(yōu)化，控制無(wú)效注入水9.4×104m3，累計(jì)節(jié)約電量15.09×104kWh，在平衡注采關(guān)系的同時(shí)兼顧了節(jié)水節(jié)電。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）個(gè)別高壓注水井導(dǎo)致柱塞泵泵壓高，增加了注水系統(tǒng)能耗。

2）以單井、注配間和管線為治理對(duì)象，采取閉環(huán)控制、分壓注水、空穴射流清洗管線、老化管線改造、酸化解堵、化學(xué)洗井、方案優(yōu)化等綜合性治理措施，取得了一定的節(jié)能降耗效果，累計(jì)節(jié)電67.03×104kWh。

3）從系統(tǒng)工程角度來(lái)看，以降低泵壓作為節(jié)能的直接手段，面向單井、管線與注配間，綜合應(yīng)用地面工程、采油工程和油藏工程的措施開展綜合性節(jié)能降耗工作，對(duì)注水系統(tǒng)節(jié)能降耗有一定的指導(dǎo)意義。