油田注水节能技术的研究与应用 |
| 2012-06-14 14:50 作者：柳文婷 蒋建勋 谭 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑：GuiGu 【搜索试试】
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摘要：油田注水系统能耗巨大，论述油田注水系统的节能措施，以提高油田注水运行效率，降低能耗。
关键词：注水系统；油田；注水泵；管网；节能
中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1671—7597（2012）0420
【《硅谷》杂志2012年4月刊文】注水是油田开发中非常重要的一个环节，它可保持或恢复油层压力，使油藏有很强的驱动力，是油藏开采速度、采收率、高产和稳产的重要保障。但是，注水系统在采油生产过程中的能量损耗却占了石油开发成本中的很大部分，耗电量惊人，约占我国油田生产用电的33%~56%。随着油田进入高含水开发期，注水能耗还将急剧上升，为了节约油田开发中已经紧张的用电量保证地层有足够的能量要向地下注入大量的水，把注水能耗增长的速度降下来，研究节能措施对于降低油田生产成本，提高油田的经济效益具有重要的意义。
1优化注水系统以降低能耗
油田注水系统主要由电机、注水泵、管网、配水间、增注泵、配水阀组、注水井等组成。目前，注水系统消耗的能量主要有以下几方面：一是注水泵造成的能量损失。二是驱动注水泵电机造成的能量损失。三是管网摩阻造成的能量损失。四是配水阀组造成的能量损失。这四部分基本构成了注水系统整个能量损失，其中，注水泵和管网造成的能量损失在整个系统中所占比例较大，因此开发油田注水系统节能技术应从降低这2方面的能耗入手，在此提出降耗节能的技术方案。
1.1提高注水泵的运行效率以降低能耗
注水泵造成的能量损失占整个能量损失的40%~50%，因此注水泵节能是降低注水系统能耗的关键措施。提高注水泵效率，可通过以下措施：
1）根据生产实际科学合理选用高效大排量离心泵
很多油田在早期由于注水量较小，大多使用小排量注水泵，虽然能满足注水量但是运行效率较低。在油田开采后期，油田注水量需要量激增，单个小排量的注水泵已不能满足油田的正常运作。但是，用几台小排量注水泵并联使用又存在能量损耗大，运行效率不高的现象，从开发成本及长期发展的角度来看，对于注水量需求大的油田，可科学选用大排量的离心泵。大排量离心泵密封可靠、无泄漏、功率大、容积损失和水利损失小，因此整体泵效高，可以很大程度上降低能耗。根据油田不同发展时期的实际注水量和生产需求，科学选用选择合适的离心式注水泵，有利于有效降低能耗。大排量离心泵。
2）使用节能技术改善泵的水利性能
泵各部件的材质性能与能量损耗密切相关。可采用一些节能技术对泵进行处理，改善其水利性能，达到节能低损的目的。具体措施：为提高注水泵效，降低注水泵过水阻力，可对注水泵的叶轮等部件进行涂膜处理；若运行泵压超过注水压力并大于泵的单级叶轮产生的压力时，为了降低泵水单耗，控制泵管压差在合理范围内，需降低注水泵的泵级；注水水质差异较大，有些注水腐蚀性较强，易对泵造成腐蚀而使整体泵效快速下降，因此，在选择泵时需考虑其材质可否耐腐蚀，应选择耐腐蚀性较强的材料。
3）小开采量油田优先选用柱塞泵
柱塞泵还具有额定压力高、驱动功率大、结果紧凑和流量调节方便的优点，在能耗方面其节能效果要比离心泵好很多，实际综合运行效率可达到90%左右。例如：柱塞泵在实际生产过程中，若使用创杰节能变频器，通过节能变频器本身自动调整工作压力，保持工作压力的稳定，自动追踪设备的压力。实现自动化控制，从而节省能耗。这种调节方式最大优点就是能降低柱塞泵的运行能耗，节电效果可达30%以上。高压、低渗透小断块油田由于需要的泵排量不大，因此非常适宜使用柱塞泵。目前，选择柱塞泵的油田在节能降耗方面卓有成效，例如：江汉油田广华注水站设计规模4000m3／d，建站时专门对比了离心泵和柱塞泵的工作效率，最终选择了柱塞泵，其10个月内节省下来的电费即可收回建站的投资。
1.2提高注水管网的运行效率以降低能耗
注水管网造成的能量损失约占整个注水系统能量损失的20%~40%，提高注水管网运行效率在油田节能技术研究中显得尤为重要。目前，我国油田注水系统管网效率偏低，管网摩阻损失及各种控制阀件耗能偏高，因而具有有很大的节能降耗空间。
1）降低管网磨损，提高注水水质
管径太小，流体流速快，会使管网磨损加大，能耗增加，因此需要合理选择注水管管径；
其次，需要降低管道内壁粗糙程度。管网磨损与其粗糙系数的平方成正比，因此需要对管道内壁进行特殊处理，提高其光滑度。三由于油田注入水水质腐蚀性较强，注水管的制造应采用耐腐蚀材料并采用防腐工艺。四尽可能在管网中少设置阀件、三通、弯头、变径等部件以减少局部阻力损失。五需要改善注入水水质，在注入污水之前，可以采取加缓蚀剂、防垢剂以及污水过滤处理等一系列工艺措施来减少水质对管网的破坏。
2）合理布站减少管网损失
注水站尽量布置在注水管辖区的中心位置，注水半径不易过长（5km之内），注离心泵到注水井口的压力损失需控制在1MPa之内。其次，边远区块油田，可采用低压长距离供水，小站高压注水短流程，减少因高压管线过长管网沿程阻力损失增大。
3）减少管网流量与压力损失
阀件、接头等元件中过液件腐蚀，密封受损和老化引起泄漏构成了管网流量损失，选择高质量阀件、及时更换易损密封件，提高管理与操作水平，可以避免这部分能力损失。另外，提高管网效率，减小压力损失，需根据油田不同油层吸水性能差异，对注水井吸水压力进行分析，采取科学合理的注水工艺，这样可效减少沿线压力损失，使节能效果显著。同时，压力损失的还会消耗在控制阀件上，可通过开发高效节能元件来降低这部分损失。
1.3提高电机运行效率
进行油田规划设计时应注意选择新型高效的电机产品，尽量杜绝使用能耗大、效率低的电机。其次，需要根据油田的实际情况，选择合理的电机型号，例如环境的腐蚀性较大时，可选用封闭式电机。同时，在选择电机功率时，应根据实际所需进行功率选择，避免电机出力不足，无功功率损失大。在不影响电机正常工作，为达到节能的效果，可对电动机进行合理改造如：增容改造、通风冷却系统改造、轴承结构改造等。
2优化注水系统管理以提高运行效率、降低能耗
2.1系统仿真优化技术的应用
一些复杂的注水系统在现有设备的条件下，可通过建立数学模型进行理论计算，利用系统仿真确定系统中各节点的压力、管线的流量等参数，这样不仅可以优化开泵布局，还可使在现有设备条件下运行能耗最低。系统仿真技术可降低劳动强度，为油田生产技术管理提供一个分析预测的管理工具。仿真优化运行技术可便捷的指导开泵布局，使油田注水开泵布局更加科学合理，降低运行费用。
2.2注水系统的数字化管理
为对实现注水系统实时采集，传输、计算、评价，实时注水系统中各种设备的运行状况和耗能检测，可建立注水系统运行设备和运行参数数据库，实现系统的数字化管理。同时，建立注水系统能耗监测系统，实时掌握注水系统运行参数，及时计算分析注水系统各环节运行状况。对影响注水系统效率的各环节能量损失进行节能潜力评估，对能耗超标的薄弱环节进行参数优化调整，保证系统稳定运行在高效经济区，达到节能目的。
3结论
本文对油田注水系统节能技术进行了研究，针对油田注水系统能耗量较大的环节进行了技术改造研究，提出了实用性和操作性较强的改造方案，有效解决了油田注水系统巨大能耗量问题。同时，创新油田注水系统节能管理技术，提出进行注水系统仿真技术应用和注水系统的数字化管理，既实现对油田注水系统开泵布局的合理化，使注水系统处于较优的运行状态，降低能耗，同时，通过对系统的数字化管理，确保系统稳定运行与高效经济区，达到节能的目的。
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