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摘要：从注水系統的能耗构成、常用技术的应用效果及可用技术的分析探讨三方面浅析注水系统的节能降耗措施，并结合油田的一些实际应用简单分析一些节能降耗措施的应用效果与前景，以期能进一步挖掘节能潜力，实现油田注水系统的低能低耗。
关键词： 注水 节能 注水泵 管网
中图分类号： TE357.6 文献标识码：A
1 前言
在油田开发中， 注水系统是生产系统的重要组成部分，它担负着维持地层压力，提高原油采收率等重要任务。据统计，注水耗电一般占油田总用电的33%-56%[1]，而且根据国内大多数油田注水系统效率为38%～50%的现状可知，有超过一半的注水用电量被各种损耗所浪费[2]。为了缓解油田电力消耗过大的局面，把注水用电增长速度降下来，研究节能措施以期实现注水节能降耗、提高油田的经济效益也就显得十分必要。
2 注水系统的能耗构成
注水系统消耗的能量主要分为4部分：
（1）电机损失，即驱动注水泵电动机损耗的能量，其大小主要取决于电机自身的无功能耗，受设备机型和质量优劣影响较大；
（2）水泵损失，即注水泵消耗的能量，它随注水泵输出流量的变化而变化，其损失量主要由机械磨损、容积漏损和水力能量变换损失构成；
（3）节流损失，主要由泵出口阀的节流损失和配注间的节流损失组成，其大小与节流阀的位置无关，主要因泵的排量和泵压与实际所需不匹配造成；
（4）管网损失，即注水管网所消耗的能量，这部分能量为管網摩阻损失，其值与配注水管线的大小、长短、内壁粗糙度等有关。
其中水泵损失和管网损失在整个注水系统能耗损失中占有较大比例，也代表着具有更大的节能潜力。
3 常用的节能手段及效果
针对能耗损失的各种来源，油田也采取了一些节能手段，并达到了节能降耗的目的，其中比较常用的技术手段有柱塞泵的应用、变频技术、优化注水管网等。
3.1 离心泵与柱塞泵的合理选取
对于规模及注水量变化均较大的注水站，采用离心泵与柱塞泵配套使用的注水工艺，杜绝注水站高压水节流、回流现象，降低系统运行能耗。
离心泵和柱塞泵作为两种应用广泛的注水设备，其不同的工作原理及特点，决定了各自比较理想的适用范围。离心泵适合大排量、低扬程，且注水压力及注水量相对稳定的区块注水；柱塞泵适合排量相对较小，扬程较高的区块注水需求，特别是对于注水量及注水压力波动较大的区块，柱塞泵具有其突出的优势。
就兴茂作业区注水工程表现出的渗透率低、注水压力高的特点，显然柱塞泵有着更为明显的优势，实际应用中也表明柱塞泵得到了广泛的应用并受到良好效果，通过对在用6台柱塞泵的监测，2013年油田注水系统系统效率66.6%，高于标准《油田生产系统节能监测规范（SY/T6275-2007）》中对柱塞泵系统效率的节能评价值54%，方兴油田目前高压注水100%采用柱塞泵，柱塞泵在能保证运行效率较高的前提下，较离心泵也有着节电和节省成本的优势，给油田带来更大的经济效益。
3.2 推广应用柱塞泵变频技术
变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗，实现注水系统排量与压力的自动调节，达到节能降耗的目的。尤其对于柱塞泵而言，首先是其自身效率相对较高，并且当前低压变频调速技术相对成熟及国产化，可以对其采取有效的变频调速控制，通过调节电机转速，对泵排量及出口压力进行调节，在满足注水压力需求的前提下，确保注水站在无回流状况下运行。
目前兴茂作业区已应用了此项技术，实践也证明安装变频控制装置能有效降低节流损失率及泵管压差，达到节能目的。
3.3 优化注水管网
降低管损，提高管网效率，使泵站压力与注水井口压力达到最佳匹配，有效地提高注水系统效率，降低注水能耗。注水管网压损的高低，将直接影响油田注水能耗和注水系统的效率，在解决管线流通能力及满足经济流速的前提下，应保证注水半径的适宜，避免出现注水半径过大的现象。对于结垢严重或使用年限较长的注水管线要定期进行除垢，设计注水管网时优先考虑防结垢的玻璃钢管线。
4、未来可用的节能技术及潜力分析
4.1分区分压，局部增压
注水系统管辖区内不同注水井的吸水能力不同，造成注水压力差别较大。为迎合部分高压井而被迫提高整个管网的注水压力则节流损失将大大增加。这时应把高压井和低压井区别对待，采取高压井与低压井分设管网，分别使用或共用低压泵供水，对高压井增设增压泵等。
4.2 机动间歇注水技术
间歇注水是周期性地改变油层注入水水量，在油层中造成不稳定的脉冲压力状态，使之经历地层升压和降压两个过程。在非均质层间压差作用下产生层间渗流，从而促进毛管渗吸作用，扩大注入水的波及效率，降低含水，提高油层采收率。
机动间歇注水设备可分为地面机动部分和井口部分。地面机动部分主要有动力源、注水泵和注水罐车。动力源需满足拖动罐车和驱动注水泵所必需的动力要求，而且能适应野外恶劣的工作环境。注水泵一般都选择柱塞泵，柱塞泵的高压出水经高压管线、注水枪和快速接头进入工作筒，并通过工作筒内的单向阀注入地层。该技术省去了高压管网、高压泵站，使一次性投资和运行费用比常规注水系统降低40%以上，适合在低产、低渗透油田开发中应用，可大幅度降低投资、能耗。
4.3 引进调速型液力耦合器
调速型液力偶合器以液体油作为介质传递动力给工作机械的联轴器，能协调多机驱动的负荷分配与恒定传递电动机联接输出的轴速度，可以在一定范围内调节，可在电机转速不变的情况下实现输出转速的无级调节，从而提高电机的起动能力、减少冲击和振动，协调多机驱动的负荷分配，易于实现遥控和自动控制并可大量节约电能。但其传动损失较机械传动大，需配备供油和冷却系统，结构较复杂，制造成本较高。
5、结论和建议
注水系统作为油田仅次于机采的第二大耗电大户，对其实施节能降耗技术措施显然十分必要，在考虑注水规模、压力需求及注水区域位置等相关因素的前提下，要合理选定设备和注水工艺，一方面要做好已用技术和工艺的后期跟踪工作，了解实际应用和操作情况，采集好原始数据，做好经济评价，以更好指导一些成熟技术的推广应用；另一方面也要加大新技术、新工艺的研究，同时也要利用基层管线、工艺改造之便，合理选取设备与工艺，淘汰能耗大的设施设备，实现注水系统的节能优化。
参考文献：
【1】 丰国斌.油田注水系统节能[J].石油规划设计，1996，（2）：7-9.
【2】 乔玉芬.注水系统节能措施[J].石油规划设计，1996，（5）：39-40.
【3】 王乙福、周红生.注水系统节能降耗技术[J].油气田地面工程，2007，（8）：34-35.
关键词： 注水 节能 注水泵 管网
中图分类号： TE357.6 文献标识码：A
1 前言
在油田开发中， 注水系统是生产系统的重要组成部分，它担负着维持地层压力，提高原油采收率等重要任务。据统计，注水耗电一般占油田总用电的33%-56%[1]，而且根据国内大多数油田注水系统效率为38%～50%的现状可知，有超过一半的注水用电量被各种损耗所浪费[2]。为了缓解油田电力消耗过大的局面，把注水用电增长速度降下来，研究节能措施以期实现注水节能降耗、提高油田的经济效益也就显得十分必要。
2 注水系统的能耗构成
注水系统消耗的能量主要分为4部分：
（1）电机损失，即驱动注水泵电动机损耗的能量，其大小主要取决于电机自身的无功能耗，受设备机型和质量优劣影响较大；
（2）水泵损失，即注水泵消耗的能量，它随注水泵输出流量的变化而变化，其损失量主要由机械磨损、容积漏损和水力能量变换损失构成；
（3）节流损失，主要由泵出口阀的节流损失和配注间的节流损失组成，其大小与节流阀的位置无关，主要因泵的排量和泵压与实际所需不匹配造成；
（4）管网损失，即注水管网所消耗的能量，这部分能量为管網摩阻损失，其值与配注水管线的大小、长短、内壁粗糙度等有关。
其中水泵损失和管网损失在整个注水系统能耗损失中占有较大比例，也代表着具有更大的节能潜力。
3 常用的节能手段及效果
针对能耗损失的各种来源，油田也采取了一些节能手段，并达到了节能降耗的目的，其中比较常用的技术手段有柱塞泵的应用、变频技术、优化注水管网等。
3.1 离心泵与柱塞泵的合理选取
对于规模及注水量变化均较大的注水站，采用离心泵与柱塞泵配套使用的注水工艺，杜绝注水站高压水节流、回流现象，降低系统运行能耗。
离心泵和柱塞泵作为两种应用广泛的注水设备，其不同的工作原理及特点，决定了各自比较理想的适用范围。离心泵适合大排量、低扬程，且注水压力及注水量相对稳定的区块注水；柱塞泵适合排量相对较小，扬程较高的区块注水需求，特别是对于注水量及注水压力波动较大的区块，柱塞泵具有其突出的优势。
就兴茂作业区注水工程表现出的渗透率低、注水压力高的特点，显然柱塞泵有着更为明显的优势，实际应用中也表明柱塞泵得到了广泛的应用并受到良好效果，通过对在用6台柱塞泵的监测，2013年油田注水系统系统效率66.6%，高于标准《油田生产系统节能监测规范（SY/T6275-2007）》中对柱塞泵系统效率的节能评价值54%，方兴油田目前高压注水100%采用柱塞泵，柱塞泵在能保证运行效率较高的前提下，较离心泵也有着节电和节省成本的优势，给油田带来更大的经济效益。
3.2 推广应用柱塞泵变频技术
变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗，实现注水系统排量与压力的自动调节，达到节能降耗的目的。尤其对于柱塞泵而言，首先是其自身效率相对较高，并且当前低压变频调速技术相对成熟及国产化，可以对其采取有效的变频调速控制，通过调节电机转速，对泵排量及出口压力进行调节，在满足注水压力需求的前提下，确保注水站在无回流状况下运行。
目前兴茂作业区已应用了此项技术，实践也证明安装变频控制装置能有效降低节流损失率及泵管压差，达到节能目的。
3.3 优化注水管网
降低管损，提高管网效率，使泵站压力与注水井口压力达到最佳匹配，有效地提高注水系统效率，降低注水能耗。注水管网压损的高低，将直接影响油田注水能耗和注水系统的效率，在解决管线流通能力及满足经济流速的前提下，应保证注水半径的适宜，避免出现注水半径过大的现象。对于结垢严重或使用年限较长的注水管线要定期进行除垢，设计注水管网时优先考虑防结垢的玻璃钢管线。
4、未来可用的节能技术及潜力分析
4.1分区分压，局部增压
注水系统管辖区内不同注水井的吸水能力不同，造成注水压力差别较大。为迎合部分高压井而被迫提高整个管网的注水压力则节流损失将大大增加。这时应把高压井和低压井区别对待，采取高压井与低压井分设管网，分别使用或共用低压泵供水，对高压井增设增压泵等。
4.2 机动间歇注水技术
间歇注水是周期性地改变油层注入水水量，在油层中造成不稳定的脉冲压力状态，使之经历地层升压和降压两个过程。在非均质层间压差作用下产生层间渗流，从而促进毛管渗吸作用，扩大注入水的波及效率，降低含水，提高油层采收率。
机动间歇注水设备可分为地面机动部分和井口部分。地面机动部分主要有动力源、注水泵和注水罐车。动力源需满足拖动罐车和驱动注水泵所必需的动力要求，而且能适应野外恶劣的工作环境。注水泵一般都选择柱塞泵，柱塞泵的高压出水经高压管线、注水枪和快速接头进入工作筒，并通过工作筒内的单向阀注入地层。该技术省去了高压管网、高压泵站，使一次性投资和运行费用比常规注水系统降低40%以上，适合在低产、低渗透油田开发中应用，可大幅度降低投资、能耗。
4.3 引进调速型液力耦合器
调速型液力偶合器以液体油作为介质传递动力给工作机械的联轴器，能协调多机驱动的负荷分配与恒定传递电动机联接输出的轴速度，可以在一定范围内调节，可在电机转速不变的情况下实现输出转速的无级调节，从而提高电机的起动能力、减少冲击和振动，协调多机驱动的负荷分配，易于实现遥控和自动控制并可大量节约电能。但其传动损失较机械传动大，需配备供油和冷却系统，结构较复杂，制造成本较高。
5、结论和建议
注水系统作为油田仅次于机采的第二大耗电大户，对其实施节能降耗技术措施显然十分必要，在考虑注水规模、压力需求及注水区域位置等相关因素的前提下，要合理选定设备和注水工艺，一方面要做好已用技术和工艺的后期跟踪工作，了解实际应用和操作情况，采集好原始数据，做好经济评价，以更好指导一些成熟技术的推广应用；另一方面也要加大新技术、新工艺的研究，同时也要利用基层管线、工艺改造之便，合理选取设备与工艺，淘汰能耗大的设施设备，实现注水系统的节能优化。
参考文献：
【1】 丰国斌.油田注水系统节能[J].石油规划设计，1996，（2）：7-9.
【2】 乔玉芬.注水系统节能措施[J].石油规划设计，1996，（5）：39-40.
【3】 王乙福、周红生.注水系统节能降耗技术[J].油气田地面工程，2007，（8）：34-35.