姬塬油田注水系統能耗分析及節能措施

梁桂海，周學軍，王海軍，程雪濤，馬冬寧

中國石油長慶油田分公司技術監測中心 （陜西 西安 710018）

姬塬油田位于陜西省定邊縣，開發油藏層系為侏羅系延安組和三疊系延長組，年產油量達到300×104t以上。截至 2014年底，共有注水站 41座，注水泵127臺。注水井開井1 490口，日注水31 000m3，分注井562口，其中，注清水井 1 168口，日注水25 100m3，采出水回注井322口，日注水5 900m3。

2013年，對姬塬油田的18個注水系統進行了監測，包括注水泵34臺，注水閥組242座，注水井637口。監測結果表明，注水泵機組效率平均值76.27%，監測指標合格率85.3%；注水泵拖動電機功率因數平均值0.854，合格率61.8%；注水系統能量利用率平均值51.19%，合格率61.1%，注水系統綜合合格率27.8%。注水系統監測評價結果見表1。

站內管線損失率平均值0.72%，站內回流損失率平均值5.65%，注水管網損失率平均值18.86%（其中，注水閥組損失率平均值13.46%，注水管線損失率平均值5.40%），單位注水量電耗平均值7.20kW·h/m3。注水系統能量利用率及損失率數據詳見表2。

1 注水系統能耗分析

通過監測發現，姬塬油田注水單耗偏高，注水系統綜合合格率較低，影響注水系統效率的主要因素是注水閥組損失、回流損失和注水管線損失。

1.1 注水壓力差異大，注水閥組損失率大

為滿足少數高壓井的注水需求，注水站高壓運行，造成大量注水井閥組節流壓差大，注水能耗高。監測18個注水站，注水閥組損失率平均值達到13.46%，姬28轉的注水閥組損失率高達29.08%，成為影響注水系統效率的主要因素。姬28轉安裝3臺注水泵機組，正常開2臺注水泵注清水，下游注水閥組28座，注水井開井69口，注水井配注量1 587m3/d。注水系統能量利用率47.89%，低于72%的監測限定值，單位注水量電耗為6.43kW·h/m3，壓力傳遞及損失情況見表3。

表1 姬塬油田注水系統節能監測評價結果匯總表

表2 姬塬油田注水系統監測數據統計表

姬28轉注水系統注水閥組壓力損失6.81MPa，占全部壓力損失的82.5%，主要原因是系統中壓力較低注水井數量偏多，壓力低于12MPa井數50口，占實注井數的74.6%。

1.2 參數不匹配，站內回流損失率大

經過不斷配套完善，在監測的18個站點中，有9個站點消除了回流現象，但仍有3個站點站內回流損失率達到20%以上。造成站內回流損失大的原因有以下幾點：

1）個別站點注水泵排量遠大于實際注水量。姬五注水站注采出水，考慮后期注水規模，安裝3臺注水泵，理論排量28.3m3/h，配套變頻裝置1臺，下游注水閥組4座，實際注水井9口，配注量165m3/d。正常注水運行1臺注水泵，運行頻率30.3Hz，實測排量14.19m3/h，注水站出口流量7.01m3/h，站內回流量7.18m3/h。姬五注水站輸入功率84.36kW，回流功率損失31.43kW，站內回流損失率37.26%，姬五注水站注水單耗11.94 kW·h/m3。

2）安裝變頻裝置的系統出現故障或者運行狀態不合理。姬16轉注水站安裝4臺注水泵，單泵理論排量27m3/h，3#泵、4#泵配套變頻裝置，下游閥組16座，注水井開井36口，配注量810m3/d。該系統正常運行2臺注水泵，2#注水泵機組工頻運行，實測排量24.43m3/h，3#注水泵機組配套變頻裝置，工作頻率47.8Hz，實測排量19.55m3/h，注水站平均出口流量30.72m3/h，站內回流量13.26m3/h。姬16轉注水系統輸入功率298.46kW，注水站回流功率損失69.21kW，站內回流損失率23.2%。主要原因是變頻裝置頻率人工調整不到位，回流閥關閉易出現壓力過高而自動保護停泵。

表3 姬28轉注水系統壓力損失計算結果

1.3 注水管線壓力損失大

監測的18個注水站，注水管線損失率平均值達到5.4%，姬三注注水管線損失率達到10.13%。造成注水管線壓力損失大的原因有以下幾點：

1）注水半徑大，導致注水管線壓力損失大，部分注水井因注水壓力低達不到配注。姬三注水站下游注水閥組22座，注水井開井53口，配注量1 681 m3/d。注水站出站注水壓力18.83MPa；塬106-33閥組分壓為15.68MPa，注水干線長度7.0km，壓力損失達4.34MPa，壓力損失大。

2）隨著區塊產建的不斷擴邊，新增注水閥組支線從就近注水管線上續接，沿程阻力增大，注水支線末端注水壓力下降較大。姬28轉注水系統出站壓力19.3 MPa；成60-10閥組距離注水站5.0km，注水支線管線內徑60mm，流量10m3/h，分壓15.86MPa，壓力損失達到3.44MPa。

3）注采出水的系統，由于采出水中機械雜質含量較高附著在管線內壁或注水系統地面管網結垢、腐蝕嚴重，導致管線管徑縮小，局部或沿程阻力增大，注水系統末端壓力低。姬20轉注采出水系統出站壓力19.02MPa；塬123-29閥組距離注水站僅0.4km，分壓17.29MPa，壓力損失達到1.47MPa。

2 節能措施

結合注水系統節能監測數據，可對注水能耗大、閥組壓力損失大、回流量大的部分注水系統通過局部增壓及降壓增注技術、變頻技術、管網優化等可以有效的對損失因素進行控制，從而達到節能降耗的目的[1-5]。

1）針對各注水井所需注水壓力差異大的現狀，需對生產現場進行詳細調研，對高壓井、低壓井進行分區域、閥組統計，結合現場實際情況對姬28轉注水系統進行局部增壓、降壓增注或流程優化，達到節能降耗的目的。

2）對注水泵進行恒壓控制改造，消除或減少回流。恒壓注水變頻自動控制裝置根據實際配注量自動調節電機轉速，控制泵的實際排量，進而將外輸壓力調整至設定值，不需人工實時調整變頻器頻率，消除回流，實現恒壓注水。對姬五注配套1臺小排量注水泵，與大泵配合注水，適應油田中后期產水量增加的需求。

3）對壓力損失大的干線清管除垢，減少壓力損失。注采出水的系統，管線易結垢，導致下游注水井欠注。由于注水管線內徑變小，沿程阻力損失和局部阻力損失增大，制約了管線的供水能力，在局部增壓措施不能取得預期效果的情況下，可考慮管線清管除垢。

[1]羅劍，王夢春.青海油田注水系統能耗分析及節能措施[J].內蒙古石油化工，2011，37(2):13-14.

[2]高軍.低滲透油田有效注水工藝技術研究[D].大慶：東北石油大學，2012.

[3]張瑞杰，常玉連，楊劍天，等.某油田注水系統分壓及優化節能技術[J].油氣田地面工程，2011，30（2）：61-62.

[4]顧曉，竇守進，李國生.注水系統節能降耗技術應用[J].資源節約與環保，2008，24（3）：49-53.

[5]鄒曉燕,項勇,趙昕銘,等.大港油田注水工藝系統節能降耗技術研究與應用[J].石油規劃設計，2009,20（2）：30-32.