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【摘要】提高注水系统的运行效率, 对节能降耗工作具有重要意义。通过对注水系统分析、总结, 影响地面注水系统主要因素是注水设备和工艺, 因此开展油田地面注水设备及工艺对系统效率的影响研究, 为注水系统方案设计、参数优化、改造项目中设备和工艺选择提供参考依据, 是提高注水系统效率最直接、最有效的手段。
【关键词】注水系统；注水设备；注水工艺
注水是在保持地层压力、提高原油采收速度和采收率方面应用最广泛的一项技术,也是油田主要耗能系统之一，以大港油田为例，耗电量已占油田油气生产系统总耗电量的45%左右。因此通过提高注水系统的运行效率,对节能降耗工作具有重要意义。资料显示,国外油田注水系统平均效率为65%,国内油田注水系统平均效率为47.1%,大多数油田注水系统效率为38%~50%,与国外水平还有一定的差距。
通过几年来的测试,发现注水系统中部分注水系统效率差别较大, 效率最高达到了59.1%和57.0%,而最低的只有37.1%,大多数注水系统效率为45%~50%，由此可见大港油田注水系统仍有很大的节能潜力。各系统由于注水量或注水压力的不同会对系统效率产生一定的影响,但这绝对不是决定性的因素。通过多年来对各注水系统分析、总结,可见注水设备和工艺对效率的影响是造成这一现象的主要因素,因此开展油田地面注水设备及工艺对系统效率的影响研究,为注水系统方案设计、参数优化、改造项目中设备和工艺选择提供参考依据, 是提高注水系统效率最直接、最有效的手段。
一、地面注水的工艺和设备
1、地面注水工艺
目前油田注水系统现有的注水工艺流程主要有高压输水工艺和低压输水工艺两种。高压输水工艺是污水站处理后的采出水,由高压离心泵进行一次增压至10MPa~18MPa，经注水干线将水输送到各注水站点,在各注水站点对于满足注水压力需求的注水井经配水阀组直接注水, 对于不能满足注水压力需求的注水井,将离心泵站来水经增注泵进行二次增压,然后经配水阀给注水井注水。此工艺适用于注水量大,注水井压力范围大,注水半径较小的注水系统。
低压输水工艺是污水站处理后的采出水,由污水外输泵将水提升至0.5MPa~1.5MPa，经输水干线将水输送到各注水站点,然后利用注水泵进行一次增压后对注水井进行注水,对于不能满足注水压力需求的注水井,可以进行二次增压后进行注水;在注水站点也可以采用不同压力等级的一次增压注水工艺进行注水。此工艺适用于注水量小,注水半径较大的注水系统
2、地面注水的设备
油田注水设备中常用的有离心泵和往复泵。离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、性能平稳、容易操作和维修的特点;在注水系统中主要是应用于高压离心泵站进行一次增压和污水站进行污水外输。往复泵具有效率高且高效区宽的特点,能达到很高压力,而且压力变化几乎不影响流量,因而能提供恒定的流量。在高压输水工艺的注水系统中主要用于二次增压,在低压输水工艺的注水系统中被一、二次增压广泛采用。
二、影响系统效率的因素分析
在注水系统中,输入能量首先要经过泵机组进行能量转换将其传递给水介质,然后通过干线输送、配水阀组调配和井口管线输送至井口。因此注水泵机组、输(注)水干线、配水阀组、井口管线这些环节均对注水系统效率产生影响,由于各部分对能量的转换或传递效率不同,所以对系统效率的影响程度也不相同。泵机组在进行能量转换的过程中造成的能量损失是影响系统效率最主要的因素,其次是配水阀组的节流损失, 其损失的能量占到系统总输入能量的10%左右。
1、注水设备对系统效率的影响
系统中能量的最大损失是注水泵机组在能量转换过程中造成的。油田生产系统节能监测规范中规定往复泵机组效率的限定值为72%; 离心泵由于额定排量的不同,其限定值分布在53%～72%之间。通过对各系统注水泵机组的测试分析,影响注水泵机组效率合格率的主要因素有:负载率对机组效率的影响。往复泵注水泵进出口压差可以直接反应注水泵负载率的高低。注水泵容积效率对机组效率的影响。通过检测结果的分析,当往复泵容积效率达到0.9以上时,泵基本在接近额定排量状况下运行,对机组效率的影响较小。因此当容积效率低于0.9时,要进行及时的检泵,确保注水泵在额定排量下高效运行。
通过监测发现,注水泵机组选择不合理,会对泵机组效率产生影响, 主要体现在以下两个方面:选择注水泵额定压力与注水系统压力相差较大。如注水压力为20MPa就能满足注水需要,因此选择额定出口压力为25MPa的注水泵即可满足注水需求,但有些注水站却选择额定出口压力为35MPa或45MPa的注水泵。虽然都能满足注水需要,但由于高一個压力等级的注水泵其设计的耐压和动力部分也要高一个等级,会造成严重的浪费,使注水泵运行效率下降。由于离心泵随着其额定排量的增大泵效也会相应增大,因此离心泵站应根据实际注水需要在条件允许的情况下选择和运行大排量的离心泵。
2、注水工艺对系统效率的影响
注水工艺对系统效率的影响主要有阀组损失的影响和高压低压输水工艺的影响。阀组损失率是影响系统效率的另一重要因素。在同一注水系统中由于各井注水压力的不同,要根据配注量通过阀组对各井注水量进行调节,这就不可避免的产生节流损失,但是这部分损失可以通过选择合适的注水工艺来降低。当系统中80%以上注水井注水压力分布在一个较小压力范围时,可以采用单一的注水压力等级进行注水,对于个别较低注水压力的注水井,可以通过节流调节进行注水,而对于个别高于系统压力的注水井可以根据实际情况配合采用单泵单井注水工艺。当系统中注水井较多且注水压力分布于不同的压力等级时,采用分压注水工艺可有效地减少阀组节流损失高压输水工艺适用于注水量大,注水半径小的注水系统,其优点是注水量大,可以有效利用高效大排量的离心泵,有利于发挥离心泵的优点;由于该工艺采用高压输水,当注水半径过大时,干线损失对系统效率的影响会增大。低压输水工艺适用于注水量相对较小、注水半径大的注水系统,其优点是采用0.5MPa～1.5MPa的压力输水,虽然干线效率较低, 但干线损失在整个系统中所占的比重却非常小
三、结论
注水系统方案设计、参数优化、改造项目中首先要根据高压输水、低压输水注水工艺的特点确定要选择的注水工艺;在各注水站点根据实际情况选择单一压力等级、分压力等级、单泵单井注水工艺,有效降低阀组损失率;优先选用符合GB18613中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级标准的电动机;根据注水泵运行中所需的最大轴功率选配合适功率的电动机,有效提高电机的运行效率;在满足流量、压力要求的情况下,应优先选用大排量离心式注水泵;对注水量小、注水压力高的小块油田,宜选用往复泵。参考文献
[1]赫晓岚.地面增压注水原理及合理注水压力确定[J].油气田地面工程,2013(11):50-50
[2]王慧慧,沈洪玲,张辉英.王徐庄油田老区产能建设注水配套工程地面工艺设计[J].油气田地面工程,2013(10):63-64
【关键词】注水系统；注水设备；注水工艺
注水是在保持地层压力、提高原油采收速度和采收率方面应用最广泛的一项技术,也是油田主要耗能系统之一，以大港油田为例，耗电量已占油田油气生产系统总耗电量的45%左右。因此通过提高注水系统的运行效率,对节能降耗工作具有重要意义。资料显示,国外油田注水系统平均效率为65%,国内油田注水系统平均效率为47.1%,大多数油田注水系统效率为38%~50%,与国外水平还有一定的差距。
通过几年来的测试,发现注水系统中部分注水系统效率差别较大, 效率最高达到了59.1%和57.0%,而最低的只有37.1%,大多数注水系统效率为45%~50%，由此可见大港油田注水系统仍有很大的节能潜力。各系统由于注水量或注水压力的不同会对系统效率产生一定的影响,但这绝对不是决定性的因素。通过多年来对各注水系统分析、总结,可见注水设备和工艺对效率的影响是造成这一现象的主要因素,因此开展油田地面注水设备及工艺对系统效率的影响研究,为注水系统方案设计、参数优化、改造项目中设备和工艺选择提供参考依据, 是提高注水系统效率最直接、最有效的手段。
一、地面注水的工艺和设备
1、地面注水工艺
目前油田注水系统现有的注水工艺流程主要有高压输水工艺和低压输水工艺两种。高压输水工艺是污水站处理后的采出水,由高压离心泵进行一次增压至10MPa~18MPa，经注水干线将水输送到各注水站点,在各注水站点对于满足注水压力需求的注水井经配水阀组直接注水, 对于不能满足注水压力需求的注水井,将离心泵站来水经增注泵进行二次增压,然后经配水阀给注水井注水。此工艺适用于注水量大,注水井压力范围大,注水半径较小的注水系统。
低压输水工艺是污水站处理后的采出水,由污水外输泵将水提升至0.5MPa~1.5MPa，经输水干线将水输送到各注水站点,然后利用注水泵进行一次增压后对注水井进行注水,对于不能满足注水压力需求的注水井,可以进行二次增压后进行注水;在注水站点也可以采用不同压力等级的一次增压注水工艺进行注水。此工艺适用于注水量小,注水半径较大的注水系统
2、地面注水的设备
油田注水设备中常用的有离心泵和往复泵。离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、性能平稳、容易操作和维修的特点;在注水系统中主要是应用于高压离心泵站进行一次增压和污水站进行污水外输。往复泵具有效率高且高效区宽的特点,能达到很高压力,而且压力变化几乎不影响流量,因而能提供恒定的流量。在高压输水工艺的注水系统中主要用于二次增压,在低压输水工艺的注水系统中被一、二次增压广泛采用。
二、影响系统效率的因素分析
在注水系统中,输入能量首先要经过泵机组进行能量转换将其传递给水介质,然后通过干线输送、配水阀组调配和井口管线输送至井口。因此注水泵机组、输(注)水干线、配水阀组、井口管线这些环节均对注水系统效率产生影响,由于各部分对能量的转换或传递效率不同,所以对系统效率的影响程度也不相同。泵机组在进行能量转换的过程中造成的能量损失是影响系统效率最主要的因素,其次是配水阀组的节流损失, 其损失的能量占到系统总输入能量的10%左右。
1、注水设备对系统效率的影响
系统中能量的最大损失是注水泵机组在能量转换过程中造成的。油田生产系统节能监测规范中规定往复泵机组效率的限定值为72%; 离心泵由于额定排量的不同,其限定值分布在53%～72%之间。通过对各系统注水泵机组的测试分析,影响注水泵机组效率合格率的主要因素有:负载率对机组效率的影响。往复泵注水泵进出口压差可以直接反应注水泵负载率的高低。注水泵容积效率对机组效率的影响。通过检测结果的分析,当往复泵容积效率达到0.9以上时,泵基本在接近额定排量状况下运行,对机组效率的影响较小。因此当容积效率低于0.9时,要进行及时的检泵,确保注水泵在额定排量下高效运行。
通过监测发现,注水泵机组选择不合理,会对泵机组效率产生影响, 主要体现在以下两个方面:选择注水泵额定压力与注水系统压力相差较大。如注水压力为20MPa就能满足注水需要,因此选择额定出口压力为25MPa的注水泵即可满足注水需求,但有些注水站却选择额定出口压力为35MPa或45MPa的注水泵。虽然都能满足注水需要,但由于高一個压力等级的注水泵其设计的耐压和动力部分也要高一个等级,会造成严重的浪费,使注水泵运行效率下降。由于离心泵随着其额定排量的增大泵效也会相应增大,因此离心泵站应根据实际注水需要在条件允许的情况下选择和运行大排量的离心泵。
2、注水工艺对系统效率的影响
注水工艺对系统效率的影响主要有阀组损失的影响和高压低压输水工艺的影响。阀组损失率是影响系统效率的另一重要因素。在同一注水系统中由于各井注水压力的不同,要根据配注量通过阀组对各井注水量进行调节,这就不可避免的产生节流损失,但是这部分损失可以通过选择合适的注水工艺来降低。当系统中80%以上注水井注水压力分布在一个较小压力范围时,可以采用单一的注水压力等级进行注水,对于个别较低注水压力的注水井,可以通过节流调节进行注水,而对于个别高于系统压力的注水井可以根据实际情况配合采用单泵单井注水工艺。当系统中注水井较多且注水压力分布于不同的压力等级时,采用分压注水工艺可有效地减少阀组节流损失高压输水工艺适用于注水量大,注水半径小的注水系统,其优点是注水量大,可以有效利用高效大排量的离心泵,有利于发挥离心泵的优点;由于该工艺采用高压输水,当注水半径过大时,干线损失对系统效率的影响会增大。低压输水工艺适用于注水量相对较小、注水半径大的注水系统,其优点是采用0.5MPa～1.5MPa的压力输水,虽然干线效率较低, 但干线损失在整个系统中所占的比重却非常小
三、结论
注水系统方案设计、参数优化、改造项目中首先要根据高压输水、低压输水注水工艺的特点确定要选择的注水工艺;在各注水站点根据实际情况选择单一压力等级、分压力等级、单泵单井注水工艺,有效降低阀组损失率;优先选用符合GB18613中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级标准的电动机;根据注水泵运行中所需的最大轴功率选配合适功率的电动机,有效提高电机的运行效率;在满足流量、压力要求的情况下,应优先选用大排量离心式注水泵;对注水量小、注水压力高的小块油田,宜选用往复泵。参考文献
[1]赫晓岚.地面增压注水原理及合理注水压力确定[J].油气田地面工程,2013(11):50-50
[2]王慧慧,沈洪玲,张辉英.王徐庄油田老区产能建设注水配套工程地面工艺设计[J].油气田地面工程,2013(10):63-64