王中專（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

杏北油田注水系統(tǒng)節(jié)能措施分析

王中專（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

杏北油田注水系統(tǒng)受開發(fā)水量變化等因素影響，存在注水泵額定運行壓力較注水井網(wǎng)需求壓力過高、注水泵供水能力不能實時動態(tài)匹配需求水量等問題，造成注水系統(tǒng)壓力、水量供需不平衡，使系統(tǒng)能耗偏高。針對這些問題，采取了注水系統(tǒng)管網(wǎng)優(yōu)化、降壓、單點調速技術改造等措施，泵水單耗從“十二五”初期的6.02 kWh/m3下降到了目前的5.70 kWh/m3以下，實現(xiàn)注水系統(tǒng)的提效降耗。同時，提出一些認識和建議，為今后注水系統(tǒng)優(yōu)化運行和調整提供借鑒。

注水系統(tǒng)；注水壓力；注水量；優(yōu)化調整

為適應不同開發(fā)階段對水質的要求，杏北油田逐步形成了普通水注水系統(tǒng)、深度水注水系統(tǒng)及三采注水系統(tǒng)3套注水系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，杏北油田注水系統(tǒng)耗電量約占地面系統(tǒng)總耗電的60%，注水系統(tǒng)節(jié)能降耗工作成為地面系統(tǒng)節(jié)能降耗重點。

1 影響注水系統(tǒng)優(yōu)化運行的因素

1.1 區(qū)域內井網(wǎng)少部分注水井需求壓力高

杏北油田注水壓力整體分布呈純油區(qū)低、東西過渡帶高的規(guī)律，純油區(qū)局部區(qū)域少數(shù)注水井壓力需求較高。為滿足整體注水井開發(fā)需求，注水站的出口壓力保持在較高的水平，對多數(shù)注水井來說，系統(tǒng)供水壓力過高，只能通過配水閥組控壓節(jié)流，導致注水系統(tǒng)整體壓力損失增大，造成泵水能耗升高。如杏四、杏五區(qū)中部聚驅區(qū)塊，57口注入井最低破裂壓力為12.5 MPa，最高破裂壓力14.7 MPa，相差2.2 MPa；最低實際注入壓力9.8 MPa，最高注入壓力14.7 MPa，相差4.9 MPa；最高注入單井需求壓力高于平均注入壓力約1.3 MPa，造成注水站來水壓力整體提高，能耗損失大。

1.2 注水量發(fā)生動態(tài)變化

受鉆關、周期注水、冬季生產調整等因素影響，注水井網(wǎng)注水量發(fā)生較大變化，平均日注水量最高達到20.19×104m3，最小注水量僅為16.32×104m3，波動量達到3.87×104m3，且水量變化區(qū)域比較分散。僅靠注水泵階梯狀靜態(tài)運行能力的調節(jié)，無法適應開發(fā)水量需求的動態(tài)變化，造成泵水單耗波動較大，系統(tǒng)無法持續(xù)高效運行。2011年杏北油田注水系統(tǒng)注水量、水泵單耗變化情況如圖1所示。

圖1 杏北油田注水系統(tǒng)水量、單耗變化曲線

1.3 新井產注差異造成注水泵供水不足

隨著產能區(qū)塊新井陸續(xù)投產，地面注、產差呈增大趨勢。新產能區(qū)塊注水站在污水供水不足、清水無法大量補充的情況下，只能控制閘門運行，使泵管壓差較大，注水效率降低。杏二中西塊二次加密井和杏一～三區(qū)西部高濃度聚驅井陸續(xù)投產后，區(qū)域內注水量增加，由于該區(qū)域注、產差增大，杏十九聯(lián)注水站供水不足，為保證機泵合理運行工況采取控制閘門運行，平均運行泵壓為15.9 MPa，平均運行管壓為13.8 MPa，新產能區(qū)塊注水系統(tǒng)效率降低，運行單耗上升。而且，深度注水系統(tǒng)其他區(qū)域平均運行泵、管壓力分別為15.1 MPa和14.8 MPa，杏一～三區(qū)局部管網(wǎng)壓力偏低，同時顯現(xiàn)出注水管網(wǎng)連通性差的問題。

1.4 局部注水站運行能力供過于求

由于開發(fā)層系調整，地面水質進行適應性調整，部分普通注水井調整到深度注水管網(wǎng)，普通注水井網(wǎng)規(guī)模減小，井網(wǎng)分布發(fā)生較大變化，部分區(qū)域井數(shù)明顯減少。普通注水系統(tǒng)各注水站所屬區(qū)域管網(wǎng)壓力分布差異性較大，杏一～三區(qū)管網(wǎng)壓力偏高，區(qū)域壓差達到0.7 MPa。普通注水系統(tǒng)注水泵運行能力為4.8×104m3/d，實際井網(wǎng)需求能力只有4.64×104m3/d，系統(tǒng)內供過于求矛盾突出；而且，杏一～三區(qū)東、西部井網(wǎng)密度較小，需求水量少，尤其是杏一～二區(qū)東部3條注水干線和東部聯(lián)絡線僅掛接46口注水井，受管網(wǎng)疏導能力限制，杏一～三區(qū)東、西部所轄注水站平均出站管壓較高，注水站運行效率偏低，泵水單耗較高。

2 注水系統(tǒng)優(yōu)化調整措施

2.1 結合注水開發(fā)需求采取分壓、降壓措施，降低系統(tǒng)運行壓力

針對杏北油田因部分注水井需求壓力高而整體運行壓力較高的問題，根據(jù)油田注水壓力分布特點，制定個性化降壓措施[1]，提高系統(tǒng)效率，降低注水能耗。

2.1.1 普通注水系統(tǒng)實施全局降壓

杏北油田普通注水系統(tǒng)主要由純油區(qū)的基礎井網(wǎng)和部分一次加密井組成，開發(fā)層滲透率高，整體注水壓力較低。對此，在普通注水系統(tǒng)對普通注水泵進行減級改造[2]，實現(xiàn)全局降壓。降壓后，系統(tǒng)平均泵、管壓力分別下降了1.27 MPa和1.08 MPa，平均注水單耗由減級前的 5.84 kWh/m3下降到5.6 kWh/m3，下降了0.24 kWh/m3，每天節(jié)電1.25× 104kWh。

2.1.2 深度注水系統(tǒng)實施分壓、降壓和局部增壓

根據(jù)深度注水井網(wǎng)壓力分布特點，對于過渡帶高壓區(qū)域，保留注水站機泵的高壓運行能力；對于純油區(qū)低壓區(qū)域，采取注水泵減級改造措施，實施整體降壓；同時，為了滿足低壓區(qū)域局部高壓井的注水需求，采取局部或單井增壓注水措施[3]。

通過采取分壓、降壓和局部增壓措施，提高了系統(tǒng)運行效率，降低系統(tǒng)運行能耗。杏北油田深度注水系統(tǒng)平均泵壓下降了0.69 MPa，平均管壓下降了0.79 MPa，系統(tǒng)泵水單耗下降了0.17 kWh/m3，取得了較好的節(jié)能效果。

2.2 系統(tǒng)運行優(yōu)化、單點技術改造，提高系統(tǒng)運行效率

針對注水井網(wǎng)注水量動態(tài)變化、注水泵靜態(tài)運行能力無法連續(xù)匹配導致注水系統(tǒng)能耗波動較大的問題，采取優(yōu)化運行和技術改造的措施，增強適應開發(fā)水量變化的調節(jié)能力，保證注水系統(tǒng)高效低耗運行。

2.2.1 優(yōu)化水聚并網(wǎng)運行方式，提高系統(tǒng)間能力互用

三采區(qū)塊不同開發(fā)階段注水量變化較大，階段性出現(xiàn)供過于求情況，為此，增加三采注水站與水驅管網(wǎng)的連通管線。將杏二十四和杏二十五注水站出站管線與深度網(wǎng)注水干線和普通網(wǎng)注水干線連通，在“三采水補水驅水”的原則下，實現(xiàn)三采注水井網(wǎng)與水驅注水井網(wǎng)的并網(wǎng)運行，將三采注水系統(tǒng)閉環(huán)內的剩余注水能力轉移到水驅系統(tǒng)，實現(xiàn)能力互用，提高系統(tǒng)運行效率，降低泵水單耗。全年三采注水系統(tǒng)累計轉移富余注水能力591×104m3，水驅注水系統(tǒng)減少啟泵2臺，三采注水系統(tǒng)泵水單耗降低0.06 kWh/m3。

2.2.2 加強調速技術的應用推廣，調高系統(tǒng)連續(xù)匹配能力

在普通注水系統(tǒng)和深度注水系統(tǒng)進行多點前置變頻技術改造[4]。普通注水系統(tǒng)壓差降低0.18 MPa，泵水單耗下降0.09 kWh/m3；深度注水系統(tǒng)壓差降低0.33 MPa，泵水單耗下降0.04 kWh/m3。

在三采注水系統(tǒng)進行單點斬波內饋調速技術改造[5]。杏十注水站通過技術應用，實現(xiàn)泵水單耗由6.03 kWh/m3下降到5.34 kWh/m3，下降0.69 kWh/m3。

2.3 結合產能新增水量需求平衡供、注、需關系，降低注水能耗

針對杏二區(qū)中部和西部過渡帶北塊二次加密及杏一～三區(qū)西部高濃度聚驅產能投產后，注水系統(tǒng)整體呈現(xiàn)注產差增大趨勢，而區(qū)域內局部表現(xiàn)出供水量不足的情況，多措并舉，保障系統(tǒng)優(yōu)化運行。

2.3.1 增加清水補充管線，保證區(qū)域供水平衡

目前，杏北油田能夠補充清水的注水站僅有新杏九注、杏二十注、杏二十四注、杏十二注、杏十八注及杏十注6座站。為提高注水站運行效率，按照“三采區(qū)塊集中補清水、水驅區(qū)塊平衡污水”的原則，為三采杏二十五聯(lián)注水站增加清水補水管線，一方面將污水平衡至水驅杏十九聯(lián)注水站，改變該站勒閘控水運行方式，提高注水效率，降低泵水單耗；另一方面提高三采系統(tǒng)聚合物溶液稀釋黏度，保證聚驅開發(fā)效果。圖2顯示了清水管線增加位置。

圖2 杏北油田清水補充點

2.3.2 優(yōu)化注水管網(wǎng)連通性，保證系統(tǒng)壓力平衡

針對局部出現(xiàn)的供水不足、注水壓力偏低的現(xiàn)象，優(yōu)化注水管網(wǎng)連通性，將杏1-3排和杏1-丁2排薩大路東西兩段注水干線連通，將杏3-4排和杏4-3排注水干線與西部聯(lián)絡線連通，提高系統(tǒng)內注水能力的連通互用，解決局部壓力偏低問題。

2.4 聚驅后注入管網(wǎng)優(yōu)化調整，緩解普通注水系統(tǒng)局部供需矛盾

針對杏一～三區(qū)普通注水管網(wǎng)壓力偏高問題，根據(jù)普通注水系統(tǒng)供需關系，結合開發(fā)要求，將杏一～二區(qū)東部5座聚驅后續(xù)水驅階段注入站供水管線調整到普通網(wǎng)杏1-3排主線、1-3排復線和杏2-1排主線。調整后普通系統(tǒng)注水量增加3302 m3/d，普通注水系統(tǒng)運行能力為4.8×104m3/d，井網(wǎng)需求水量增加到4.94×104m3/d，可以滿足注水需求。該措施有效緩解杏一～三區(qū)局部供需矛盾[6]，提高系統(tǒng)運行效率，降低系統(tǒng)運行單耗。

2.5 研究開發(fā)重點能耗設備動態(tài)控制圖，提高節(jié)能管理水平

杏北油田針對地面系統(tǒng)重點能耗設備運行情況，研究開發(fā)能耗控制圖軟件，實現(xiàn)系統(tǒng)能耗設備的對標管理和梯度管理。通過應用該軟件，一方面快捷的實現(xiàn)注水系統(tǒng)注水泵運行壓力、水量和單耗等參數(shù)的統(tǒng)計，便于系統(tǒng)和單站及單泵分析；另一方面，該軟件對不同類型注水泵進行分類統(tǒng)計分析，制定標準區(qū)域，提示低效高耗區(qū)域注水泵運行狀態(tài)，指出低效高耗原因及降低能耗的措施，為注水泵優(yōu)化運行提供指導。

3 結論及認識

“十二五”期間，杏北油田注水系統(tǒng)加強節(jié)能管理力度，通過優(yōu)化啟泵運行、注水泵減級降壓、注水泵單點調速技術改造、管網(wǎng)優(yōu)化調整等措施，實現(xiàn)了注水系統(tǒng)整體壓差由5 MPa下降至4 MPa，系統(tǒng)泵水單耗由6.02 kWh/m3下降至5.70 kWh/m3的節(jié)能效果。

1）周期注水、鉆關、新井投產及油井轉注等因素，導致注水系統(tǒng)井網(wǎng)需求水量發(fā)生動態(tài)變化，注水泵靜態(tài)運行能力無法連續(xù)匹配動態(tài)變化，造成供需不平衡。因此，地面注水系統(tǒng)的優(yōu)化運行，要以滿足開發(fā)變化需求，增強水量變化的調節(jié)能力為目的。

2）從近幾年的運行情況分析，在新建區(qū)塊注水泵的揚程選擇上，可適當進行降低。杏北油田從2007年開始采用注水泵減級措施，目前已經(jīng)對23臺注水泵進行了減級，其中普通注水系統(tǒng)全部運行10級注水泵，能夠滿足開發(fā)需求。

3）三采開發(fā)區(qū)塊，不同開發(fā)階段注水量發(fā)生較大變化，按照注入前期以“水”補“聚”，中期以“聚”補“水”，后期“水聚并網(wǎng)”的思路，采取站內連通或站外并網(wǎng)的模式建設，既能降低注水站設計規(guī)模，又便于運行過程中系統(tǒng)間富余能力轉移互用。

[1]齊振林.大慶油田地面工程優(yōu)化簡化工藝技術[M].北京：中國科學技術出版社，2010：191-197.

[2]馬宏福.油田注水站節(jié)能措施[J].油氣田地面工程，2013，32（7）：115.

[3]大慶油田有限責任公司，大慶油田地面工程建設設計規(guī)定：Q/SY DQ0639—2015[S].大慶：大慶油田有限責任公司，2015：13-14.

[4]吳九輔.泵控泵（PCP）自動化注水泵站系統(tǒng)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007：208-209.

[5]徐國民.高含水后期油田節(jié)能新技術[M].北京：石油工業(yè)出版社，2014：100-107.

[6]王中專.杏北油田三采注水系統(tǒng)優(yōu)化措施分析[J].石油規(guī)劃設計，2016，27（4）：44-47.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.03.010

2016-11-09

（編輯 鞏亞清）

王中專，工程師，2009年畢業(yè)于中國石油大學（華東）（石油工程專業(yè)），從事油田地面工程規(guī)劃與技術管理工作，E-mail：wangzhongzhuan@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市第四采油廠規(guī)劃設計研究所，163511。