注水系统节能潜力分析及对策

陈祥伟（大庆油田有限责任公司第二采油厂）

注水系统节能潜力分析及对策

陈祥伟（大庆油田有限责任公司第二采油厂）

通过分析注水泵的泵管压差产生原因及主要影响因素，对泵管压差与注水单耗对应关系进行了理论计算，并利用注水泵实测数据对相关参数进行了修正。通过对注水系统节能潜力进行分析，指明降低注水泵泵压、提高注水泵效两个节能方向，并给出具体节能措施。

注水 节能 潜力 分析

从油田注水系统建成的能力来看，总体上能够适应油田开发和生产的需求[1]，但由于近2年注聚区块的不断扩大和区块间污水产注量的不平衡，以及污水站改造等因素而产生回注困难、能耗较高的矛盾仍较突出。在日常运行过程中，通常采用泵管压差评价注水系统运行工况，泵管压差控制在0.5 M Pa以内属于正常，高于0.5 M Pa则说明系统存在高耗能点，需要采取措施来遏制能耗的上升。通过分析注水泵的泵管压差产生原因及主要影响因素，制定相应的措施，为油田注水系统节能降耗提供技术保证。

1 能耗指标的测算方法

当注水泵流量、压力、效率、电动机效率已知时，由注水单耗计算公式可以计算出注水单耗与泵压的对应关系，通过适当简化，可估算出泵管压差与注水单耗的对应关系。注水单耗的计算公式为

式中：

DH——注水单耗，k W h/m3;

Pe——电动机输入功率，k W；

qvp——注水泵流量，m3/h；

P1——泵进口压力，M Pa；

P2——泵出口压力，M Pa；

ηp——注水泵效率；

ηe——注水电动机效率。

根据D F系列多级离心注水泵性能参数表，对泵管压差与注水单耗对应关系进行了计算，具体数据见表1。

表1 泵管压差与注水单耗对应关系

考虑到注水泵的实际参数与理论参数有误差，利用南十三注水站现有3台D 300-150×11注水泵的特性曲线对注水单耗进行了测算。通过对注水泵理论特性曲线分析，在大量实验数据的基础上，建立了3台泵的实际运行特性曲线。由图1可知，虽然是同一型号的泵，但由于泵内水力损失、容积损失、机械损失的不同，造成泵的性能也不同，同时导致同一流量下同一型号的注水泵耗电量也有所不同。

由图1可知，D 300-150×11注水泵并没有运行在指定参数范围内，其实际参数与D F400注水泵参数接近。实测表明，在流量330~430m3/h、泵压16.2~16.8M Pa条件下，南十三注水站的注水泵泵管压差每下降0.1 M Pa，平均注水单耗下降0.05 k W h/m3。上述计算，均假设管网压力保持不变，依靠泵压变化来调整泵管压差。在实际生产中，受到管路特性影响，管压随着流量的变化而变化，泵管压差下降0.1 M Pa时，注水单耗下降值低于理论计算值。考虑到许多水泵投运时间较长等各种因素影响，在进行节能计算时，推荐采取以下数据：即注水泵泵管压差每下降0.1M Pa，平均注水单耗下降0.03k W h/m3。

表2 注水系统能耗统计

图1 3台注水泵的实际运行特性曲线

泵管压差是与泵的流量、扬程、效率、管网特性密切相关的一个参数，通过理论计算及实际校核，对于常用的注水泵来说，采取合适措施后泵管压差每降低0.1M Pa，注水单耗降低约0.03k W h/m3。

2 节能潜力分析

2.1 注水站节能潜力

萨南油田一般水、深度水系统的泵管压差较小，基本都在允许范围内，聚驱系统泵管压差较大，达到1.5 M Pa，节能潜力相对较大。根据上述分析，若一般水系统降低泵管压差0.1 M Pa，则可年节约电量72.5万元；若完全消除3个系统的泵管压差，预计年可节约电费8 50.1万元（表2）。

2.2 注水管网节能潜力

以南二区西块为例对注水管网进行分析。南二区西块共有507口水驱注水井，其中生产井502口，关井5口。目前平均管线压力14.70M Pa，井口油压10.97M Pa，管线压力与井口油压差值（泵井压差）为3.73M Pa；其中，南二区基础、一次、二次、高台子的泵井压差相对较大，在通过降低注水管网损失来降低电量消耗方面具有较大潜力（表3）。

表3 南二区西块水驱注水井压力状况统计

通过对南二区西块注水井压力分布情况分析可知，注水压力较高的注水井主要集中在过渡带基础井网（4座配水间所辖21口注水井）和高台子井网（共8口注水井）。对于比较集中的注水井可以通过设置增压泵来进行增压，以满足注水压力要求；对于比较分散的部分井，可以通过酸化、压裂、安装井口精细过滤器等措施降低注水压力。采取上述措施后，能够降低相关管网压力，从而降低注水能耗。

3 节能措施

从注水泵及管网特性曲线可以确定，在注水泵泵压、流量保持不变的前提下，单纯提高管压以消除泵管压差的措施达不到节能降耗目的。由注水单耗计算公式可知，为了降低单耗，一方面可以通过降低注水泵泵压来实现，另一方面可以通过提高注水泵泵效来实现。

3.1 降低注水泵泵压

1）注水泵减级

当注水泵的泵管压差超过1.5 M Pa或接近1.5 M Pa时，可直接对注水泵进行减级处理，每减一级可降低注水泵泵压1.5 M Pa，降低注水单耗0.45 k W h/m3。

2）优化注水站运行工况

从注水泵特性曲线可以看出，注水泵的扬程与注水泵流量成反比，随着注水泵流量的增大，注水泵泵压逐渐下降，并导致泵管压差、注水单耗下降。在管网压力允许情况下，尽可能增加外输水量，从而降低注水泵泵压及泵管压差，这是节能降耗的可行措施。建议注水站根据所辖注水泵在何种流量下耗电最少，确定各种开泵方案下的最佳动态参数，并绘制成表；岗位工人参照此表，通过调整动态参数，使注水泵始终在最优工况区运行，降低注水单耗。建议将注水罐保持在中高液位，以方便流量调节。

3）调整注水泵特性曲线

采取高压变频器、前置泵变频调速、液体黏性调速离合器等措施，可以按照生产需要的工况调节泵出口流量和压力。以南二注的D F250-150×11型离心泵为例，在扬程1 650m不变的情况下，可以对应多个流量工作点（Q=140～250m3/h）；在流量不变（设Q=250m3/h）的情况下，可以有很多扬程（H=1 650～1 365 m）供选择。通过调整注水泵运行频率，尽量消除泵管压差，减少每个工况点的实际输出功率，从而达到节电目的。

4）优化注水管网

单纯优化注水管网并不能直接降低注水单耗，但通过合理调整注水干线阀等措施，在保证注水量的同时，尽量减少注水管网压降损失，能够使注水泵泵压进一步下降，为节能降耗创造条件。南二区西块若集中设置5座增压配水间，将需要增压的25口注水井接至上述5座增压配水间，以降低管网压力；其余高压井根据开发需要进行压裂或酸化处理，并安装井口精细过滤器，以控制注水压力。该区块内的南2-3注水站管网出站压力预计可降低0.8M Pa左右，年节电费37.5万元。

3.2 提高注水泵泵效

注水单耗与注水泵泵效成反比，通过提高注水泵泵效，能够有效降低注水单耗。

1）加大注水泵检修力度

实践证明，及时检修注水泵能够使注水泵经常保持在高效区，为此需要提高泵效检测精度，定期检测注水泵泵效，当注水泵泵效下降到规定值后及时安排检修。

2）注水泵涂膜

增效涂层可使注水泵叶轮表面粗糙度降低，抗流体腐蚀和气蚀损害，减少能量损耗，增加流速，从而提高整体效率，降低注水单耗。一般注水泵投产时间较早，部分注水泵效率偏低，可考虑对低效注水泵涂膜处理。

3）选择高效注水泵

在产能及改造项目中涉及注水泵安装时，尽量选择高效泵，为节能降耗打下良好基础。

3.3其他

除上述两类地面节能措施以外，在开发方面，通过加大“三高”井区的控水调整力度，控制低效循环水，扩大周期注水的应用规模，可减少污水回注量，为注水系统节能降耗提供另一节能途径。

4 结语

为保证合理选择节能措施并长期贯彻执行，具体要做到：

1）探索在萨南油田目前可行的节能措施，结合各种基建项目，对部分注水站进行改造，安排一些必要的节能措施如注水泵减级、变频、涂膜等。

2）加强生产管理，优化注水站运行工况，跟踪已实施节能措施的运行情况，使节能效果最大化。

3）制定各种规章制度，对于在节能工作中作出突出贡献的人员予以表彰奖励，使员工树立节能意识，形成良好的节能风气。

[1]董一佐,余钦范.大庆油田注水系统能耗研究[J].油气田地面工程,2 0 0 7,2 6(3):3 0-3 1.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.06.004

2012-03-03)

陈祥伟，1994年毕业于西北大学，工程师，从事注水生产管理，E-mail：chenxiangwei@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司第二采油厂第一作业区，163414。