关键词:油田注水；系统效率；仿真优化；注水系统
1.油田注水系统现状分析
(1)注水系统基本状况。大庆油田注水系统经过40多年的开发,经历了基础井网、加密井网、注聚井网等油田建设阶段。已经形成了一般水注水系统、深度水注水系统和聚驱注水系统3套井网。一般水注水系统为基础井网和加密井网服务,深度水注水系统主要为二、三次加密井网以及外围低渗透油田服务,聚驱注水系统主要为聚驱开发区块服务。这样就实现了含油污水、深度污水和聚合物注低矿化度清水三种水质的分支注水,以满足不同井网对水质的各种要求。
(2)注水(入)流程。为了满足油田生产需要,大庆油田根据自身的地域特征,开发并已逐步形成了7套油田注水(入)的工艺流程。供水注水工艺流程分别为:集中低压供水、分散注水、单干管多井配水;集中高压供水、集中注水、单干管单井配水;集中高压供水、集中注水、单干管多井配水。聚合物配置与注入工艺流程为:注入站单泵单井;注入站单泵多井;配制站集中配制、分散注入、单泵对单站供母液;配制站集中配制、分散注入、单泵对多站供母液。
2.注水系统能耗状况
油田生产消耗电能,体现在生产过程中的各个环节。主要耗电单元是各类以电为能源的举升设备,电力输配系统也存在一定的自身能源消耗。随着油田生产的发展,仍需要不断提高注水效率。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,但由于近几年注聚区块的不断扩大以及区块间污水产注量的不平衡,还有污水站改造等因素而产生的回注困难、能量较高的矛盾仍较突出。
3.注水系统存在的问题
注水系统在40多年的运行中,节能降耗取得了一定的成效,但也存在许多问题需要解决。
(1)注水压力不尽相同,致使系统压差大。注水站及其站外管网的建设,一般可适应5～10年的开发需要,大庆注水系统经过几十年的开发建设,已形成了一个庞大的注水系统,同一套注水管网的注水井注入压力不尽相同,而按最高注入压力建成投产的注水系统,势必会造成能耗的浪费以及系统效率下降。
(2)集中注水系统压力高。集中注水系统是一个做功系统,按照功的分类来看只有消耗在井口部分的能量是有用功,其它能耗大多是无用功。在无用功中,泵管压差和井管压差的耗能完全是浪费性无用功,这部分无用功的存在不但使整个管网的压力增大,而且由于存在阀门截流现象使阀门的使用寿命缩短,注水泵也不能在其高效区段内运行。
(3)注水系统环节多。要把1m3的水注入地下需要经过注水电机、注水泵、泵出口阀门、配水间来水阀门、单井出水阀门、井口阀门等环节,才能将这1m3的水注入地下驱动油层。就水力流动的特性而言,环节多造成的节流损失、弯头损失和沿程阻力损失等能耗损失也就越大。同时造成能耗数据不容易获取到,有些数据即使能够获取,限于油藏开发数据和地面工程数据库不在同一个操作平台,对它们的能耗损失计算分析也不能同步、同台、实时实现。
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(4)聚驱注水站受开发阶段性影响,造成清水和用电浪费。聚驱清水注水站多为区块式注水站,即一座注水站为一个注聚区块内的几座注入站供水,受开发阶段性影响,注水量波动较大,多余的清水通过连通管线进入水驱注水管网,造成清水和电能的浪费。
(5)注水系统泵型单一。随着新投产井增多,开发方案的调整及注水量的增多,注水需求变化较大,难以适应地质开发需求。注水系统主要受测试、洗井、钻关、冲洗干线、周期注水等因素影响,造成注水量发生波动,系统的运行工况趋于复杂,导致原有注水泵满足不了注水要求。
4.注水系统节能对策
根据上述问题的分析,应针对各采油厂注水系统能耗的实际情况,通过对注水系统节能降耗的研究,从系统的角度,用科学的方法选择相应的节能对策,以系统优化和流程改造等途径,实现注水系统的综合效率的提高。具体措施有:
(1)在注水工程中要优化注水管网,多种注水模式并存,同时重视注水系统的优化运行,控制生产运行能耗,使整个注水系统在低耗下运行。针对不同的注水系统,通过技术经济对比,采用不同的变频调速方式,实现注水泵实际排量按所需排量适时调节,降低泵管的压差、减少回流,提高系统效率。这样可以解决由于油田分布零散,无法形成注水网络时,注水方案的调整导致泵排量与注水量不匹配而造成注水运行成本加重的问题。合理优化注水管网是提高注水系统效率的基础,在油田注水系统改造、注采方案调整、注水管线更换中,要不失时机的进行管网的优化调整。通过对系统仿真在已经应用区块进行评价的基础上,总结完善,在取得较好效果后,于适合区块进行推广应用,优化系统运行方案,适时对系统的合理运行进行生产指导,并通过专家诊断系统对现有管网不合理部分提出改造意见,提高管网效率。
(2)建立注水各环节能量损失的公式,改变原有计算注水能量损失的传统方法,以求操作性、实用性更强。建立注水节点分析数据库是开展注水系统节能对策的前提和基础,要不断完善油藏数据库和地面工程数据库的链接。
(3)在集中注水工艺条件下,增压间同时存在高于和低于来水压力的注水井,可以应用水力调压泵替代传统增压泵。通过水力调压泵的应用,可节省二次增压的能源,同时降低注水站的出站压力,降低集中注水工艺局部的能源消耗。
(4)针对集中注水系统压力高的情况,开展注水系统经济运行压力研究,确定合理的注水压力,实现高低压分注,可以有效降低集中注水压力,降低注水能耗。对于局部注水井压力过高的注水系统,考虑在局部实施区域增压工艺,从而降低整个系统压差,提高系统效率。
(5)降低油田注水能耗必须针对注水高耗点,采取综合节能技术。可以通过推广燃气轮机直拖注水泵等新型技术,实现能源综合利用,降低注水系统用电量。通过对注水泵的优化设计,以及实施注水泵涂膜等技术,提高大功率离心注水泵的效率。
5.结语
注水系统是一种大型复杂的流体网络系统,随着大庆油田开发的不断进行,注水量和耗电量的大幅上升,提高注水效率、降低注水耗能已成为节能降耗的主要任务。注水能耗成为制约大庆油田可持续发展的主要问题之一,节能降耗是保障油田可持续发展的关键。应继续加强技术创新及管理创新,努力降低油田生产消耗,提升整体效益,为大庆油田创建百年油田贡献力量。
参考文献
[1]齐振林.大庆油田地面工程优化简化工艺技术.北京：中国科学技术出版社，2010.
[2]马宏福.油田注水站节能措施.油气田地面工程，2013.
[3]大庆油田有限责任公司，大庆油田地面工程建设设计规定.大庆：大庆油田有限责任公司，2015.
论文作者:潘丽杰刘春花
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
标签：系统论文; 油田论文; 管网论文; 效率论文; 区块论文; 压力论文; 地面论文; 《科技中国》2018年4期论文;