帶增壓泵注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)計(jì)算方法

魏立軍 王林平 鄭剛 程顥 王曼 孫彥虎

（1.長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室；3.長(zhǎng)慶油田分公司第四采油廠）

2017年以前，油田注水系統(tǒng)效率的測(cè)試依據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5264—2012《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》，但此標(biāo)準(zhǔn)未考慮在配水間或注水井口安裝增壓泵的情況，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)慶油田安裝的增壓泵有100臺(tái)左右，對(duì)于這些注水系統(tǒng)，無(wú)法開(kāi)展注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)的測(cè)試、計(jì)算工作，制約了這類注水系統(tǒng)節(jié)能分析、評(píng)價(jià)及后續(xù)的節(jié)能改造工作的開(kāi)展。在編制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33653—2017《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》過(guò)程中[1]，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，完善了注水系統(tǒng)模型，考慮了在配水間或注水井口安裝增壓泵的情況，重新推導(dǎo)了相關(guān)能耗指標(biāo)計(jì)算公式，使帶增壓泵的注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)的測(cè)試、計(jì)算工作有標(biāo)準(zhǔn)可依。

1 注水系統(tǒng)模型的完善

石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5264—2012依據(jù)的注水模型主要包括注水站、配水間（閥組）、注水井以及連接這些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的注水干線、注水支線和單井管線[2]，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)注水系統(tǒng)模型見(jiàn)圖1。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33653—2017注水模型在原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)上考慮了在配水間（閥組）或井口安裝增壓泵的情況，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)注水系統(tǒng)模型見(jiàn)圖2。

圖1 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)注水系統(tǒng)模型

圖2 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)注水系統(tǒng)模型

2 建立新能耗指標(biāo)計(jì)算公式

模型中考慮增壓泵后，會(huì)對(duì)三個(gè)能耗指標(biāo)計(jì)算公式產(chǎn)生影響。

2.1 注水系統(tǒng)輸入功率

注水系統(tǒng)輸入功率在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的含義是注水泵電動(dòng)機(jī)輸入功率累加，見(jiàn)公式（1）。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中考慮了增壓泵以后，它的含義變?yōu)樽⑺秒妱?dòng)機(jī)輸入功率累加與增壓泵電動(dòng)機(jī)輸入功率累加之和，見(jiàn)公式（2）。

式中：P9,Sysin為注水系統(tǒng)輸入功率，kW；n9為注水系統(tǒng)被測(cè)注水泵總數(shù)；P9,Min為注水泵電動(dòng)機(jī)輸入功率，kW。

式中：P9,Mbin為增壓泵電動(dòng)機(jī)輸入功率，kW；u9為注水系統(tǒng)內(nèi)增壓泵的總數(shù)。P9,Mbin為增壓泵電動(dòng)機(jī)輸入功率，kW；μ9為注水系統(tǒng)內(nèi)增壓泵的總數(shù)。

2.2 注水管線損失率

注水管線損失率的定義是注水管網(wǎng)中注水管線的損失功率與注水系統(tǒng)輸入功率的比值，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中注水管線損失率的表達(dá)式見(jiàn)公式（3）。分子是注水管線的損失功率，其中第一項(xiàng)是注水泵輸入注水管網(wǎng)的功率，第二項(xiàng)是閥組損失功率，第三項(xiàng)是井口有效功率。

注水系統(tǒng)的高壓水從注水站通過(guò)注水管網(wǎng)流到注水井口，注入井下。這個(gè)公式是把注水管網(wǎng)看成一個(gè)整體，根據(jù)能量守恒定律，輸入能量是注水泵輸入注水管網(wǎng)的功率，輸出能量是井口有效功率，中間要經(jīng)過(guò)管線、閥組，造成注水管線損失功率和注水閥組損失功率，所以用注水泵輸入注水管網(wǎng)的功率減去注水閥組損失功率，再減去井口有效功率，剩余的就是注水管線損失功率。

式中：ε9,P為注水管線損失率；b9為注水系統(tǒng)被測(cè)注水站數(shù)；p9,Soutc為注水站出口折算壓力，MPa；G9,S為注水站出口流量，m3/h；m9為注水系統(tǒng)被測(cè)注水井總數(shù)；p9,Vin為配水間來(lái)水壓力，MPa；p9,Vout為配水間管壓，MPa；G9,W為注水井井口流量，m3/h；P9,Sysin為注水系統(tǒng)輸入功率，k W。

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中考慮了增壓泵后，注水管線損失率的定義沒(méi)有變，但計(jì)算公式發(fā)生了變化，見(jiàn)公式（4）。分子是注水管線的損失功率，其中第一項(xiàng)是注水泵輸入注水管網(wǎng)的功率，第二項(xiàng)是增壓泵輸入功率，第三項(xiàng)是閥組損失功率，第四項(xiàng)是井口有效功率。

考慮了增壓泵后，注水管網(wǎng)的輸入能量包含兩部分，一是注水管網(wǎng)輸入功率，二是增壓泵帶入功率。所以用注水管網(wǎng)輸入功率加上增壓泵帶入功率，減去注水閥組損失功率，再減去井口有效功率，剩余的就是注水管線的損失功率。

式中：p9,Pbout為增壓泵出口壓力，MPa；p9,Pbin為增壓泵入口壓力，MPa；G9,Pb為增壓泵流量，m3/h。

2.3 注水管網(wǎng)損失率

注水管網(wǎng)損失率的定義是注水管網(wǎng)中閥組和注水管線的功率損失之和與注水系統(tǒng)輸入功率的比值，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中注水管網(wǎng)損失率的表達(dá)式見(jiàn)公式（5）。分子是注水管網(wǎng)的損失功率，其中第一項(xiàng)是注水管網(wǎng)輸入功率，第三項(xiàng)是井口有效功率。

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中考慮了增壓泵后，注水管網(wǎng)損失率的定義沒(méi)有變，但計(jì)算公式發(fā)生了變化，見(jiàn)公式（6）。分子是注水管網(wǎng)的損失功率，其中第一項(xiàng)是注水管網(wǎng)輸入功率，第二項(xiàng)是增壓泵帶入功率，第三項(xiàng)是井口有效功率。

3 結(jié)論

文中詳細(xì)解讀了在配水間或注水井口安裝增壓泵的情況下，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33653—2017《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》相對(duì)于原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的變化情況，主要包括注水系統(tǒng)模型的完善，注水系統(tǒng)輸入功率、注水管線損失率、注水管網(wǎng)損失率等相關(guān)能耗指標(biāo)的變化情況。方便大家深入理解，準(zhǔn)確應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展注水系統(tǒng)能耗測(cè)試、計(jì)算、分析、評(píng)價(jià)工作。