注水系统提效降耗的优化管理

孟勇 高鹏 韩封 刘鹏 赵闯（中国石化胜利油田分公司河口采油厂）

胜利油田某厂历经40多年的生产，注水系统相关的泵站、注水泵、注水流程出现了一定程度的不适应性，并导致因系统效率低下而产生的高耗能[1]。因此，探索实施以提效降耗为目标的注水系统优化管理，通过对注水系统及能耗情况进行系统的调查，组建提效降耗组织运行体系，采取“分压注水”、“泵站阀件优化配套”、“避峰填谷”等多项举措，确保注水系统经济平稳运行，全厂用能总量得到较好控制。

1 注水系统现状

某厂共有注水站64座，注水泵246台，开泵109台，利用率44.3%。近5年来，通过并站提效改造，减少注水站30座，设计处理能力为11.33×104m3/d，而实际处理能力为10.9×104m3/d。注水站按注水泵类型分为离心泵站和柱塞泵站两种。离心泵站主要用于高渗透油田注水压力小于15 MPa的注水井注水，柱塞泵站主要用于中低渗透油田注水压力大于15 MPa的注水井注水。全厂注水泵效76.8%，管网效率75%，系统效率51.7%，注水单耗5.43 kWh/m3，日耗电55.9×104kWh，注水标耗 0.386 kWh/（m3·MPa）。

建有高压注水干（支）线297条，使用年限小于10年的170条，占总长度的63.8%；10～15年的74条，占总长度的18.6%；大于15年的53条，占总长度的17.6%。腐蚀严重的有14条，年穿孔73次；结垢严重的有8条，平均压损为6.05 MPa。按流速分，流速小于1 m/s的注水干线95条，占总长度的90.4%；流速为1～2 m/s的注水干线5条，占总长度的2.1%；流速大于2 m/s的注水干线17条，占总长度的7.5%，其普遍压损较大（大于4.0 MPa），处在非经济运行状态。

2 注水系统存在问题

通过对注水系统生产现状的深入分析，注水系统主要存在以下问题：

2.1 注水压力系统高低压混注与地层压力不匹配

为适应不同时期、不同阶段的油田对注水变换的要求，需要经常调整注水系统生产方案。多年来由于地层区块注水压力的变化，地面注水系统也需要优化，单纯地依靠注水管理人员的认识和经验已不能保证注水系统在比较优化的状态下运行[2]。同一注水管网的注水井注水压力差异大，注水量波动大，而注水系统按最大注水压力运行，中、低压注水井节流严重，能量损失大。部分注水站管网系统效率低，注水单耗大，达到了10.64 kWh/m3。例如：某注水站有注水泵3台，其设计能力为1 060 m3/d，目前开泵2台，注水压力28 MPa，对应配水间4座，开注水井18口，日注水461 m3/d。注水系统所辖注水井压力差异大，阀控损失大。18口注水井中阀控损失超过9 MPa的有8口，阀控损失超过5 MPa的有5口。

2.2 柱塞泵站投产时间久，站点分散，系统效率低

柱塞泵站大部分是20世纪90年代前投产使用的，由于油田管网建设早，满足不了注水量增长的需要，且部分管网随着注水开发方案的调整出现了布局不合理，一部分干线注水负荷增大，而另一部分干线注水负荷减少。例如：某区块有10座注水站，总泵数43台，开泵数12台；开井29口，日注水1 589 m3，单耗达到10.29 kWh/m3。

2.3 注水泵出口管线阀件节流，导致能量损失

某注水站泵出口管线规格ϕ159×16 mm，单泵排量170 m3，对应流速3.8 m/s，超出设计规范90%，导致泵干压差大，每天多耗电8 700 kWh以上。另外，泵出口电动阀、止回阀、管线存在节流现象，导致泵干压差高，超过0.7 MPa的有4台泵，运行时每天多耗电超过3 800 kWh。之后对注水站进行改造，单泵排量由300 m3/h扩容到500 m3/h，但泵出口没有相应扩容，导致节流，出口流速由2.0 m/s升到3.5 m/s，均大于经济流速（小于或等于2.0 m/s）。

2.4 管线老化腐蚀严重

由于地面注水系统建设时间较长，普遍存在注水管线老化腐蚀严重、穿孔频繁的问题[3]。局部注水干线壁厚仅剩4～5 mm，注水系统干线压力受到遏制，承压上限大大降低，严重影响了注水设备能力的发挥[4]。某区块地面管线已投产多年，注入水悬浮固体较高，含油量、硫酸盐还原菌超标严重，易造成管线油泥沉积，导致注水压力高，增加能耗。现测得管损在1.0 MPa以上的井有14口，占开井数的26.4%。

3 用于注水系统的技术措施

3.1 科学分压，强化柱塞泵站提效

针对注水井注水压力差异大，遵循整体降压、分区分压、局部增压、合理搭配注水工艺技术原则，根据对注水井吸水压力的分析，对大部分中低压井采取整体降压，对少数高压井采取局部增压和分区分压，进一步提高注水系统效率，降低注水能耗[5]。共对4个注水系统实施分压改造，改造后单耗明显下降，管网效率平均提高4个百分点，日节电2 499 kWh，年效益达73万元（表1）。

3.2 注水泵匹配提质增效

针对某注水站，更换3台泵出口流程和阀件，更新2台注水泵，泵出口管线及阀件扩容，降低泵干压差。单泵排量为180 m3/h，对应流速为1.9 m/s，符合设计规范（表2、表3）。

表1 分压注水提效措施效果

表2 某注水站更新提效措施效果

表3 注水泵匹配提效措施效果

3.3 注水站避峰填谷

注水站分时段电价统计如图1所示。

图1 注水站分时段电价统计

注水站分时段电价统计如表4所示。

表4 注水站电价分时段统计

成立工作组，统一协调，采油、集输、注水系统联动，编制统一方案，协调运作。划分二个时段运行，高电价时段控注或停注，低电价时段提注。对于离心泵站，为避免频繁启停泵，采取峰时压水、谷时提注的方式；对于小型柱塞泵站（注水量小），峰时停注，谷时注水。

4 经济效益

2018年，通过科学分压，对4个注水系统实施分压提效改造，改造后日节电2 499 kWh，年节约电费73万元，实现了注水站运行优化提效；通过泵站及阀件优化配套，降低泵干压差，改造后日节电8 735 kWh，年节约电费255万元；通过避峰填谷工作，年节约电费346万元。共计节电11 234 kWh，年节约电费674万元。

5 结论

1）通过注水泵分压技术研究，完善现行注水工艺，使其能够进行分压注水降低注水能耗。

2）提高注水效率是一项系统工作，需要加强各个环节的管理，并结合现场实际，不断优化完善注水系统各个站点、管网等流程，及时调整注水策略，确保注水系统效率稳步上升。