深层低渗透油藏注水系统节能优化技术

深层低渗透油藏注水系统节能优化技术

化丽沙

中原油田分公司采油四厂河南濮阳457003

摘要：针对深层低渗透油藏注水难度大，压力层级多样，注水工艺技术复杂的特点，创新研究了压力分级配套、注水压力节能匹配等四项技术，有效解决了油田超高压注水系统中水井欠注、阀组截流、设施匹配困难等技术难题，提升了注水系统能效水平，实现了深层低渗透油藏的高效、平稳注水，在各油田均有推广应用价值。

关键词：深层低渗透油藏；压力层级；注水工艺；

1前言

中原油田深层、低渗油藏储量占总储量的39.5%，中低压注水难以有效驱动二、三类油藏，文南油田为典型的超高压注水系统，注水压力高，压力层级复杂，对注水工程技术要求高，配套设施必须具有多样性，以满足不同开发单元注水需要。同时决定了注水耗电的差异性大，为注水系统节能降耗技术研究与应用提供了发展空间和平台。

2文南油田注水系统节能面临的难题

（1）超高压工艺复杂，地层注水配注差异大，机泵高效组合与配注要求矛盾突出；

（2）地层物性差异大，注水压力层级多，导致各级配套管网压力匹配困难；

（3）一、二注水压力匹配与能耗变化关系，缺乏规律性研究和理论指导。

3注水系统节能技术研究的研究与应用

3.1配水阀组压力分级配套技术

创新运用了木桶原理，自主设计了超高压增注泵站三级分压注水流程，缓解了注水井压力级差大无法合理匹配，压力损失大的问题，实现了单井注水压力变化的动态调整。主要包括配水阀组压力等级选择技术、压力分级改造工艺配套技术和能耗损失评价技术。

3.1.2配水阀组压力等级选择技术

文南油田现有注水工艺为两个压力等级，配套压力分别为10MPa（干线来水直供，为小于10MPa的水井供水）、35MPa（二次增注泵提压，为10-35MPa的水井供水）。为了解决上述问题，最佳的供水压力系统应为10MPa、25MPa、35MPa、45MPa四级分压供水系统，能够满足不同注水井启动压力需要，阀组节流损失最小。但是通过调查，全厂69%的注水井启动压力在30MPa以上，单井最高注水启动压力40.2MPa。因此，按照综合效益最大的原则，只需再增加一套超高压45MPa供水压力系统，为35-45MPa的水井供水，即可以解决超高压井的欠注问题，也可以满足目前注水生产需要。

3.1.3压力分级改造工艺配套技术

配套一：将注水泵出口设计为双出口流程，泵出口分别与35MPa、45MPa供水系统相连。每一台泵可以根据不同汇管供水量需求，实现不同汇管压力下的优化开泵组合，提高泵利用效率。

配套二：将单井一套供水流程，根据历年来的压力变化趋势和跨度范围，优化设计成两套或三套供水流程。当注水井启动压力发生变化后，通过将单井切换到对应供水压力等级的阀组供水，在工艺上满足单井压力变化后的供水压力灵活调整。

配套三：以注水泵水表为起点，由近到远，按照压力等级高-中-低的顺序梳理布置三套配水阀组，优化减少管网拐弯和输送距离，降低压力损耗。

3.1.4能耗损失评价技术

在对单井进行压力归位调整时，如何进行注水井压力归位选择和流程规划，通过实践测试研究，总结制定了“以满足地质配注要求为前提，以能耗损失最低为标尺”的原则，进行注水井压力归位调整。

3.1.5改造效果

近几年我厂陆续组织对25座增压注水站进行了压力分级改造，通过对完成分压改造增压注水站的注水井依据注水压力进行归位调整，有效降低了阀组节流损失，使我厂阀组效率提高到85.8%，节能效果明显。

3.2文二污水站机泵容量优化匹配

注水泵正确的流量选择是首先确定工艺操作下的液体正常、最大及最小流量，选泵时一般以最大流量为基础，并考虑最小流量的要求。注水泵排量选择时最佳效率点位于额定流量点和正常流量点之间。通过测试，3#、5#泵机组运行时间长，存在磨损严重、效率低等问题，特别是3#离心泵实际日排量达到13000m3左右，与近几年生产规模不匹配，存在容量过大能耗浪费；4#注水泵机组与5#泵排量虽然同为500m3/h，但由于配用电机功率较大，其单耗较5#泵高了0.17kWh/m3。

3.3增压泵站机泵优化匹配

文南油田共有二次增压注水站38座，配水阀组76套，安装增压泵164台，增压注水泵均为柱塞往复泵，型号有3H-8/45Ⅱ型、3ZS-4/50型、3D1-Z8/40型、3ZY-8/450型和3Z-8/450型等多种型号。随着配水阀组压力分级配套技术应用，压力重新归位调整后，有近70台柱塞泵对应的配水阀组压力等级都有所减小，其运行压力和流量，均与其额定压力和理论排量发生了变化，普遍存在容量过大、效率偏低的现状。

3.4注水变频自动调控技术

变频调速技术是一种能够实现自动化控制、高效、高精度、节能的电机拖动调速技术，其启动电流小、起动转矩大的特点正好能够满足大功率电机运行工况要求。变频自动控制装置和注水泵电机拖动组合，变频器通过压力传感器取样，可随压力变化自动调节电机工作频率，进而改变电机转速，采用闭环控制使泵输出压力始终保持在设定值上，从而稳定了注水压力，实现自控稳压恒流注水。

4经济效益分析

4.1增注泵站分压注水技术

共推广应用增注泵站配水阀组分压改造技术25座，单井归位调整38口井，投入1130万元。按日注水量9300m3，平均汇管压力下降2.3MPa，注水标耗0.45kWh/MPa•m3计算，2012-2016年，累计节约电量1756.6×104kWh，节约电费1387.7万元。

4.2一、二次注水压力节能匹配技术

在注水系统应用该成果，将文二联一次注水干压由9.3MPa提高到11MPa左右以后，提高了注水系统整体能效水平，注水单耗下降0.32kWh/m3，日注水量按11500m3计算，2016年，节约电量134.32×104kWh，节约电费106.1万元。

4.3机泵容量优化匹配技术

4.3.1应用文二污水站机泵容量优化匹配技术

改造后，2012-2016年，3#、4#注水泵累计节约电量177×104kWh，节约电费139.8万元。

4.3.2应用二次增压泵电机容量匹配技术。

2012-2016年，投入153万元，对51台柱塞泵电机由110kW降容为90kW，单台日节约电量50kWh，累计节电465×104kWh，节约电费367.4万元。

4.4注水泵变频自动调控技术

共推广应用增注泵变频控制柜89台，投入1068万元，按单台平均综合节电率15%，年开泵时率210天，单泵日耗电1300kWh计算，2012-2016年，累计节约电量1825×104kWh，节约电费1441.75万元。

4.5综合效益分析

合计共投入2511万元，5年累计节约电量4357.92×104kWh，同时还有潜在的增注增油效果，具有较大的经济效益。

5结论与认识

注水系统地面配套技术是一项系统工程，具有量大、面宽、节点多的特点，在油田开发状况变动时，应及时进行改造和优化调整。文南油田注水地面配套本着“优质高效、工艺配套、节能降耗”的原则，创新研究了压力分级配套、注水压力节能匹配等四项技术，解决了油田超高压注水系统特殊的技术难题，实现了高压、特低渗油藏的高效、经济、平稳注水，在油田注水开发中具有广泛推广应用价值。