喇嘛甸油田注水泵機(jī)組站間動(dòng)態(tài)調(diào)配可行性分析

大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠試驗(yàn)大隊(duì)

近幾年，隨著油田開(kāi)發(fā)方式的轉(zhuǎn)變及持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的要求，喇嘛甸油田區(qū)域注水量變化日趨頻繁，尤其是水驅(qū)、聚驅(qū)注水系統(tǒng)。以喇嘛甸油田喇140注水站為例，通過(guò)統(tǒng)計(jì)16個(gè)月的注水量發(fā)現(xiàn)，最大注水量與最小注水量相差4 439 m3，當(dāng)注水量在某一定量時(shí)，注水站啟用2臺(tái)D250注水泵，而2臺(tái)D250的泵理論計(jì)算月注水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于需求的注水量，通過(guò)對(duì)比分析得出，注水泵與注水量的不匹配是導(dǎo)致注水能耗增加的主要原因。

針對(duì)上述問(wèn)題，開(kāi)展喇嘛甸油田注水機(jī)組的動(dòng)態(tài)調(diào)整研究，通過(guò)配備不同排量的注水機(jī)組，實(shí)現(xiàn)注水機(jī)組的動(dòng)態(tài)調(diào)整[1]。當(dāng)某一區(qū)域注水量發(fā)生變化時(shí)，安裝與之匹配的注水機(jī)組，以降低注水能耗。

1 注水系統(tǒng)分析

截至2014年12月底，喇嘛甸油田建成各類(lèi)注水站25座，其中普通注水機(jī)組46臺(tái)，聚驅(qū)注水機(jī)組23臺(tái)，深度注水機(jī)組19臺(tái)，建成多井配水間76座，注水井1 429口。根據(jù)開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)資料，喇嘛甸油田2015—2020年，普通注水量及深度注水量變化幅度較小，聚驅(qū)注水量變化幅度較大，總體水量呈上升趨勢(shì)，每年注水量平均以0.8×104m3/d的幅度增加，2019年注水量達(dá)到最高，2020年注水量緩慢回落。清水注水量變化幅度相對(duì)較大，變化幅度在0.5×104m3/d左右。喇嘛甸油田喇北北塊、喇北東塊、喇北西塊、喇南中塊四個(gè)區(qū)塊中，普通注水量與深度注水量變化幅度較小，聚驅(qū)注水量變化幅度較大。

1.1 適應(yīng)性分析

從對(duì)喇嘛甸油田各區(qū)塊的注水系統(tǒng)負(fù)荷率預(yù)測(cè)情況來(lái)看，普通水注水系統(tǒng)、深度水注水系統(tǒng)、聚驅(qū)水注水系統(tǒng)的負(fù)荷率之間存在較大的差異。2015年，南中塊普通水注水系統(tǒng)負(fù)荷率與北西塊相差93.28%；北西塊深度水注水系統(tǒng)負(fù)荷率與南中塊差異達(dá)72.92%，而聚驅(qū)注水系統(tǒng)負(fù)荷率差異不大。區(qū)域之間的注水負(fù)荷存在差異說(shuō)明區(qū)塊間的注水站的能力負(fù)荷存在差異[2]。因此，為了有效地平衡區(qū)域間的注水能力，可以從調(diào)整注水站的注水能力角度出發(fā)，通過(guò)對(duì)不同排量的注水泵進(jìn)行合理匹配，提高各注水站的能力，同時(shí)達(dá)到平衡區(qū)域水量的目的。

1.2 機(jī)組匹配分析

由于喇嘛甸油田聚驅(qū)、加密注水系統(tǒng)為獨(dú)立管網(wǎng)，當(dāng)注水方案調(diào)整時(shí)，易出現(xiàn)注水機(jī)泵與注水量不匹配的問(wèn)題。目前，喇嘛甸油田采取“分質(zhì)分注”的開(kāi)發(fā)方式，按照“本站機(jī)泵互備”的原則，已建88臺(tái)注水泵中34臺(tái)為備用泵。由于在工藝流程上，多數(shù)備用泵與運(yùn)行泵為同一進(jìn)口管線，造成無(wú)法同時(shí)運(yùn)行，形成備用能力限制。但通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，喇嘛甸油田喇四注、喇八注、喇Ⅱ-1、喇十六、喇360等各站均有大量閑置泵存在，因此，通過(guò)閑置泵的調(diào)換、配套工藝流程的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)注水泵的動(dòng)態(tài)調(diào)整[3]。

2 注水機(jī)組動(dòng)態(tài)調(diào)整分析

2.1 基礎(chǔ)調(diào)整

截至目前，喇嘛甸油田注水系統(tǒng)采用的注水機(jī)泵均為不同類(lèi)型，根據(jù)注水泵的排量大小，大致可劃分為7種，不同排量注水泵應(yīng)用情況見(jiàn)表1。

表1 喇嘛甸油田不同排量注水泵應(yīng)用情況Tab.1 Application condition of water injection pumps with different displacement in Lamadian Oilfield

在各種不同類(lèi)型注水機(jī)泵中，喇嘛甸油田應(yīng)用較為普遍的是DF200、DF250、DF300、DF400，不同型號(hào)的注水機(jī)泵對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)尺寸也各不相同，具體應(yīng)用情況詳見(jiàn)表2。

表2 喇嘛甸油田注水泵基礎(chǔ)尺寸統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics on basic dimensions of water injection pumps in Lamadian Oilfield

目前，通過(guò)對(duì)標(biāo)大慶油田其他大型產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目中有關(guān)注水系統(tǒng)的改擴(kuò)建內(nèi)容，以及近幾年喇嘛甸油田注水站改造設(shè)計(jì)，新建或改造注水站注水機(jī)組及基礎(chǔ)已經(jīng)形成“離心泵注水站標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)”，對(duì)注水機(jī)組的選擇及機(jī)組基礎(chǔ)的選擇完全參照標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)不同排量注水泵可設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)圖。

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)圖與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查尺寸對(duì)比，相同排量的注水泵基礎(chǔ)尺寸相差不大，因此，以標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)圖為對(duì)象開(kāi)展研究，將基礎(chǔ)的平面尺寸、埋件位置、螺栓位置等內(nèi)容進(jìn)行核實(shí)計(jì)算[4]。經(jīng)核算可得出，大泵換小泵可以通過(guò)槽鋼聯(lián)合底座法，利舊現(xiàn)有注水泵基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)注水泵的動(dòng)態(tài)調(diào)整。但由于原有基礎(chǔ)尺寸大小的限制，實(shí)施小泵換大泵的方案存在很多施工難題，不同排量的注水泵基礎(chǔ)更換情況及原因說(shuō)明見(jiàn)表3。

表3 注水泵基礎(chǔ)調(diào)整情況Tab.3 Adjustment of water injection pump foundation

通過(guò)表3中各型號(hào)注水泵基礎(chǔ)情況說(shuō)明可看出，槽鋼聯(lián)合底座法是更換注水泵基礎(chǔ)的主要方法。槽鋼聯(lián)合底座法是利舊原有基礎(chǔ)埋件的螺栓孔位置，通過(guò)螺栓將槽鋼聯(lián)合底座與原有基礎(chǔ)進(jìn)行連接，由泵出口管線距地面的高度來(lái)考慮槽鋼高度的選取，槽鋼高度也對(duì)應(yīng)翼緣長(zhǎng)度的變化[5]。因槽鋼截面尺寸決定整個(gè)構(gòu)件的剪切力與抗彎強(qiáng)度，所以在滿(mǎn)足構(gòu)件強(qiáng)度與穩(wěn)定性的前提下，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況選擇合適的槽鋼[6]。

通過(guò)選取合適的槽鋼聯(lián)合底座，焊接后重新開(kāi)孔與原有基礎(chǔ)的地腳螺栓位置連接，最后根據(jù)新泵的地腳螺栓位置，在槽鋼頂面通過(guò)調(diào)正找平重新開(kāi)孔，將新泵與槽鋼底座用螺栓固定[7]，最后實(shí)現(xiàn)新泵、槽鋼底座、原泵基礎(chǔ)的有效連接。具體施工流程如圖1所示。

圖1 槽鋼聯(lián)合底座示意圖Fig.1 Schematic diagram of channel steel joint base

將槽鋼聯(lián)合底座與原基礎(chǔ)連接后，對(duì)應(yīng)新泵機(jī)組的螺栓孔位置重新開(kāi)孔安裝，其對(duì)應(yīng)的螺栓孔距尺寸見(jiàn)表4。

由表4可以看出，槽鋼聯(lián)合底座分為兩種[8]：一種是適合D300、D400安裝的底座，喇嘛甸油田現(xiàn)有D300和D400的泵共計(jì)62臺(tái)，適合安裝率為70.5%，此種底座可以更換全部泵型，可更換率95.5%；另一種適合D250安裝，喇嘛甸油田共計(jì)21臺(tái)，適合安裝率23.9%，此種底座只可以更換D200的泵型，可更換率1.1%。因此，通過(guò)槽鋼聯(lián)合底座法可以滿(mǎn)足全廠大部分泵的基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

表4 槽鋼聯(lián)合底座新開(kāi)螺栓孔距尺寸Tab.4 Hole distance dimensions of new opening bolts for channel steel joint base

2.2 電力控保系統(tǒng)調(diào)整

經(jīng)調(diào)查，喇嘛甸油田所有注水站的注水電動(dòng)機(jī)功率涵蓋1 600、1 800、2 000、2 240、2 250、2 500 kW。注水電動(dòng)機(jī)的供電均為6 kV，由變電所的高壓開(kāi)關(guān)柜完成。注水電動(dòng)機(jī)的保護(hù)有負(fù)序電流、兩相差流、過(guò)負(fù)荷、低水壓、低油壓、水溫過(guò)高和低電壓保護(hù)，這些保護(hù)的實(shí)現(xiàn)有兩種方式，一種為老式的繼電器回路保護(hù)，另一種為微機(jī)保護(hù)[9]。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率變大或變小，以及相同功率電動(dòng)機(jī)廠家不同，都需要對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)的整定電流進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整方法為老式繼電器保護(hù)方式，只需根據(jù)調(diào)整的電流值調(diào)指針，微機(jī)保護(hù)需將調(diào)整的電流值直接輸入微機(jī)。

2.3 工藝管道調(diào)整

根據(jù)注水機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)及安裝高度要求，在冷卻水及潤(rùn)滑油工藝中，D200以上的注水機(jī)組所需的冷卻水量（50 m3/h）及潤(rùn)滑油量（20 L/min）相同，僅需將原有管線與注水機(jī)組重新連接即可。對(duì)于D155及D80型注水機(jī)組需要重新核實(shí)已建冷卻水系統(tǒng)及潤(rùn)滑油系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。

在工藝安裝方面，注水泵進(jìn)口需要配套建設(shè)過(guò)濾器，過(guò)濾器的過(guò)濾面積為進(jìn)水管徑橫截面積的4倍，某廠注水機(jī)組的進(jìn)水管道管徑多為DN300 mm，因此過(guò)濾器的直徑不能小于600 mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，各注水泵配備的過(guò)濾器均滿(mǎn)足大于600mm的要求。

在進(jìn)出口管道安裝方面，進(jìn)口管道連接可通過(guò)對(duì)過(guò)濾器重新開(kāi)口進(jìn)行調(diào)整，出口管道連接需根據(jù)管道位置確定，無(wú)偏差或偏差較小可直接進(jìn)行焊接，如果偏差較大可采用彎頭進(jìn)行調(diào)整[10]。

2.4 實(shí)施效果

通過(guò)槽鋼聯(lián)合底座法安裝注水泵底座，可以為喇嘛甸油田現(xiàn)有全部泵型提供技術(shù)支持。按照泵型規(guī)格可分為兩種安裝形式：一種是按照原泵型規(guī)格全部更換。喇嘛甸油田現(xiàn)有D300和D400的泵共計(jì)62臺(tái)，適合安裝率為70.5%，此種底座可以更換全部泵型，可更換率95.5%。另一種是將21臺(tái)非常規(guī)泵更換為D200泵型。喇嘛甸油田現(xiàn)有此類(lèi)泵共計(jì)21臺(tái)，適合安裝率23.9%，此種底座只可以更換D200的泵型，可更換率1.1%。因此，通過(guò)槽鋼聯(lián)合底座法安裝注水泵底座可以完成對(duì)喇嘛甸油田90%以上泵基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

調(diào)整之后，泵管壓差降至0.15 MPa，注水單耗下降0.25 kWh/m3，直接降低注水能耗5個(gè)百分點(diǎn)。如果擬定喇嘛甸油田日注水量為15 000 m3，則日節(jié)電達(dá)3 000 kWh，年節(jié)電為109.5×104kWh。根據(jù)《大慶油田有限責(zé)任公司2021年經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法及參數(shù)選取標(biāo)準(zhǔn)》 中規(guī)定，最新外購(gòu)電價(jià)為0.637元/kWh（不含稅），計(jì)算可得，通過(guò)對(duì)喇嘛甸油田注水機(jī)組動(dòng)態(tài)調(diào)整之后預(yù)計(jì)每年節(jié)約電費(fèi)69.75萬(wàn)元。比照其他施工方式降低工程投資近10%。除此之外，該方法減少了改建工程量，從而加快了施工進(jìn)度，縮短了施工周期。

3 結(jié)束語(yǔ)

喇嘛甸油田面臨進(jìn)入高含水后期開(kāi)采的嚴(yán)峻形勢(shì)，為滿(mǎn)足“保穩(wěn)產(chǎn)、促產(chǎn)油”的要求，注水泵的動(dòng)態(tài)調(diào)整可以滿(mǎn)足注水量的調(diào)整需求，在不同區(qū)塊注水開(kāi)采過(guò)程中，注水泵的動(dòng)態(tài)調(diào)整能夠明顯增加注水量，從而達(dá)到“節(jié)能耗、降投資”的目標(biāo)。立足老設(shè)備的精細(xì)管理，開(kāi)展以節(jié)能為主的挖潛降耗工作是在保證正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，全面提升油田生產(chǎn)效率的有效方法，該方法在整個(gè)水系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全面應(yīng)用，且適應(yīng)“提質(zhì)增效、降本增效”的新形勢(shì)，最大限度地鞏固節(jié)能效果。注水機(jī)組的動(dòng)態(tài)調(diào)整適用全廠90%以上的注水機(jī)組，對(duì)今后注水量調(diào)整導(dǎo)致注水機(jī)組更換工況具有一定的推廣意義。