注水系統效率的影響因素及提高方法

孟向明,耿曙光,羅勝壬
中國石化勝利油田現河採油廠
摘要：隨著我國社會工業發展對石油資源的需求不斷增長，我國油田開採技術需要不斷的升級，提高油田開採的效率和質量，才能更好的滿足我國社會對石油資源的需求。注水系統作為油田開發中的重要系統部分，對我國石油開採的綜合效率具有重要的影響。本文對影響注水系統效率的因素進行了深入的研究與分析，並提出了一些提高注水系統效率的有效方法，希望可以起到一定的借鑑作用，提高我國油田開發中注水系統的綜合效率。
關鍵詞：注水系統效率；有效方法；影響因素
注水系統的效率是現代化油田地面工程中重要的考核指標之一，但是目前我國油田注水系統的效率相對較低，能源浪費現象的較為嚴重，導致油田開採過程中水資源、石油資源、電力資源、人力資源等都遭受到了不同程度的浪費。因此，對系統進行合理的改造，提高油田注水系統效率，對實現注水系統的最優節能控制具有重要的意義。[1]
1、注水系統的作用和注水方式分析
1.1注水系統作用的分析
注水系統在油田開採過程中主要有以下幾點作用：（1）提高採收率。依靠地層能量，一般的採收效率在20%以下，而加入注水系統，能夠將採收率上升到35%左右，甚至可以達到50%。（2）能夠使油層的壓力保持在較高的水平。對地層虧空進行有效補充，保證油層有充足的能量。（3）能夠改善油井條件。對於一些高飽和壓力的油井來說，能夠使油井流動壓力高於原油的飽和壓力，從而使天然氣在舉升的過程中才會析出，攜帶原油上升，進而延長油井開採的自噴期。（4）油井開採過程中，產生的含油污水對環境造成很大的破壞，通過注水系統將開採後形成的含油污水重新注入地下，有效避免對環境的污染，還能夠節省水資源，符合我國保護生態環境的可持續經濟發展理念。
1.2注水方式的分析
目前我國油田開發過程中，一般採用的注水方式有以下幾種：（1）邊部注水：將注水井設置在油水邊界以外的注水方式就是邊部注水，是我國油田開發中主要採用的注水方式之一。（2）邊內注水：邊內注水方式又分為頂部注水、腰部注水、面積注水和行列注水。（3）注水井的布局：一般有四點法、五點法、七點法、九點法、反九點法等方式，綜合比較，五點法的注水效率相對較高，生產井與注水井的比例為1:1，是一種強控採油的布井方式。
2、影響注水系統效率的主要因素分析
注水系統受到內部、外部多種因素的影響，在分析注水系統效率提高方法之前，需要對影響注水系統效率的因素進行確定和分析，從而能夠使注水系統提高方法更加具有針對性。
2.1注水泵對注水系統效率的影響
注水泵的效率計算有著特定的公式:
一般計算公式為N=0.2777△P·Q
其中△P為注水泵進出口的壓力差，單位為Mpa，Q為注水泵的排量，單位為m³/h。
通過該公式可以計算出注水泵的輸入功率和注水效率。在油田開採過程中，一般採用離心注水泵，這種注水泵注水量更大，注水效率更高，但是能量損失較為嚴重。另外一種注水泵為柱塞泵，這種泵效率高，但在現場使用的過程中，常常出現泵的排量、壓力等參數與注水系統不匹配的現象，性能過剩導致浪費，外加一些客觀因素導致泵的維護與保養不及時，常見一些柱塞泵的柱塞、軸瓦、等密封部件磨損，導緻密封不嚴，使效率大大降低。
2.2電動機效率對注水系統效率的影響
電動機是注水系統中的主要組成部分，是為注水系統提供動力的主要裝置。η=(P2/P1)/100%，通過對電動機的輸入功率和輸出功率的計算，可以得出注水系統中某一台電動機的平均工作效率。電動機的工作效率較為穩定，除非發生故障，否則對注水系統整體效率影響較小。但是，現場中有一部分注水泵與電機不配套，出現「大馬拉小車」的情況，即電機的額定功率比注水泵的額定功率大很多，還存在著變壓器容量與用電設備不匹配等多種因素，導致電能無謂消耗，因電能的消耗在注水系統效率中占有相當大的影響因素，最多可能達到60%，所以這方面的情況也應該是一個重要的考慮因素。
2.3注水管網效率對注水系統效率的影響
油田的注水管網錯綜複雜，很多流程設計不合理，如流程的彎頭過多，管徑較細等造成水流的阻力增大；長時間使用的注水管線由於結垢的影響會逐漸縮徑，同樣會增大水流的阻力；另外管線穿孔後的改造也比較混亂；「四化」設備普及後，由於這些精密設備的維修保養不及時，造成自控流量儀水量無法調節、信息化水錶水量不準確、提取及上傳數據不準確等，都會造成最後判斷的失真，這些都會對注水系統的效率造成一定的影響。
2.4注入水水質對注水系統效率的影響
注入水分為兩種，一種是注清水，一種是采出水過濾後的污水回注，本文主要針對污水進行論述。注入水由注水站經管線到達井底的過程中，由於注入水對管壁的腐蝕而產生堵塞物，如氫氧化鐵、硫化亞鐵等，造成地層堵塞。當注入水溶解有重碳酸鈣、重碳酸鎂等不穩定鹽類時，注入地層後由於溫度的變化有些溶解鹽析出生成沉澱，也會堵塞地層。其他方面還有注入水中含有大量的細菌，機械雜質等都會造成地層的堵塞。導致地層堵塞，不吸水，如果想要達到其配注量，就需要提高注水壓力，造成系統效率大幅度降低。
3、提高注水系統效率的有效方法分析
3.1提高注水泵效率的有效方法分析
3.1.1保證注水泵能夠處於高效區域
因為在油田開發過程中可以選擇的注水泵類型較少，所以注水泵在高效率區域工作的難度較大，進而導致注水系統的整體效率較低。六戶地區最高注水壓力可達36Mpa,採用多泵聯合，逐級增壓的方式，注水泵的數量多，每一台注水泵的排量就會相對較小，就會導致注水泵處於高效率工作區域的機率就越小，因此為了改善這種情況，針對油田開採的實際注水量需求，縮減了多泵聯合注水模式中注水泵的數量，減少注水泵增壓級數模式，從而能夠保證每一台注水泵都能夠處於高效率工作區域中，有效提高了注水系統的綜合效率。
3.1.2升級和改造老舊注水泵
針對老舊的注水泵，開展升級和改造老舊注水泵的工程。首先，對磨損較為嚴重的注水泵進行改造，提高了流道表面的光滑程度，有效的降低注水泵的摩擦損耗。其次，通過企業內部泵修力量，對柱塞泵進行維護保養及大修，如研磨柱塞等措施，增加了柱塞泵增壓系統的密封性。再次，針對老舊注水泵升級，採取耐腐蝕的材料進行替換，降低原油、污水以及雜物等對注水泵的腐蝕率。同時還研發了油密封系統，改變了柱塞泵盤根的密封方式，徹底杜絕了盤根漏失的現象，提高了效率，避免了環境污染的可能性。
3.2提高電動機效率的有效方法
針對其開發的不同油田類型，選擇不同規格的電動機，使電機功率與注水泵相匹配。此外，在滿足注水系統效率的基礎上，更換一批能耗更低、更加技能環保的電動機，淘汰老舊電機，同時開展變壓器減容工作，使變壓器容量與用電設備負荷向匹配，進一步節約了電能的消耗。
3.3提高注水管網效率的有效方法分析
3.3.1優化注水管網設計
在優化布局方面，將地面網管系統、配水間、注水井、注水站之間的連接採用最佳的形式，從而提高各部分的工作效率，從而能夠對注水管網的整體布局實現優化[2]。另一方面是對注水管網的參數進行優化，對管網中各部分的管線的路由、管線長度、管線尺寸、管壁厚度、管線材料等參數進行合理的優化，從而提高注水管網運行效率和經濟性，使注水管網的性能能夠得以全部發揮。
3.3.2優化注水系統中各部分的壓力
針對注水管網的壓力參數優化時，選擇變頻調速技術，將注水管網的壓力差進行縮小，保證注水管網在運行過程中可以始終保持在0.6MPa之內，並且在日常工作中，對注水管網採取嚴密檢測，當發現某個注水井的壓力過高時，就立刻對該區域採取降壓處理，從而有效提高注水管網的綜合注水效率。
3.3.3減少注水管網管內的摩擦阻力
注水管網管內的摩擦阻力很容易被忽視，但是管道內部的摩擦阻力參數對注水系統效率也有著較大的影響。針對這一點，採用了四種方法。第一，對注水水質從源頭進行控制，有效避免了水體中雜物導致的管道內部結垢、泥沙堵塞等現象。第二，在管道直徑選擇方面，對管道的直徑做出了調整，合理的縮短小管道直徑，使水流速度控制在合理的範圍之內，減少管道內部的摩擦阻力。第三，對注水管網的總長度進行縮減，從而降低注水的流水長度，有效降低了注水流動過程中的能耗。第四，對管線的材質進行重新的選擇，採用了玻璃鋼管線、連續復合管管線等，使管道內部更為光滑，從而減小現管道內摩擦阻力。
3.4提高注水水質的有效方法分析
勝利油田在注水過程中採取以預防為主的措施，防止地層堵塞。注水井採取分情況定期洗井措施，定期沖洗地面管線、儲水設備，保證清潔；定期取水樣化驗分析，避免將不合格的水注入地層；添加殺菌劑、阻垢劑等；而且根據現場的情況，逐步更新過濾設備。
4、結論
綜上所述，本文對影響注水系統效率的因素進行全面的分析，並結合勝利油田開發企業的實際應對經驗，總結一些有效提高注水系統效率的方法，希望可以提高我國油田開採的綜合效率，提高我國油氣開採效率和開採質量，從而緩解我國油氣資源緊張的局面。
參考文獻：
[1]劉東升，袁國英，韓志國，等,油田注水生產系統節能技術 [M]. 北京：石油工業出版社，2003.
[2]楊麗明. 外圍低滲透油田注水系統的節能環保措施探討[J]. 石油石化節能, 2019, v.9;No.98(04):P.42-44.