油田地面注水系統(tǒng)運(yùn)行效率的研究

1、長(zhǎng) 江 大 學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）油田地面注水系統(tǒng)運(yùn)行效率的研究 題 目： 學(xué)生姓名： 專業(yè)年級(jí)：石 油 工 程（2008級(jí)） 指導(dǎo)教師：王立柱 評(píng)閱教師：王立柱 完成日期：2012年1月30日摘 要本課題在調(diào)研目前地面注水工藝現(xiàn)狀和能量消耗現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，運(yùn)用系統(tǒng)工程理論、水力學(xué)原理、數(shù)字仿真和優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行油田地面注水系統(tǒng)運(yùn)行效率的研究。首先應(yīng)用有限元分析方法建立仿真數(shù)學(xué)模型，以注水站、干線、配水間的壓力表、流量計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，模擬計(jì)算管網(wǎng)單元的壓力、流量，進(jìn)行總體的油田地面注水系統(tǒng)能耗分布的仿真模擬及分析；其次，以注水單耗最低為目標(biāo)函數(shù)，建立注水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)開

2、發(fā)出油田地面注水系統(tǒng)仿真優(yōu)化軟件，包括圖形建模、系統(tǒng)仿真、優(yōu)化開泵等三個(gè)主要模塊。根據(jù)gb3484-83關(guān)于有效能量的規(guī)定，將注水井口處的水所具有的能量計(jì)為有效能量，而克服地面管網(wǎng)的摩阻和地面的節(jié)流損失所消耗的能量是地面注水系統(tǒng)損耗的能量。把注水系統(tǒng)分為站內(nèi)和站外兩部分，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要在留17、王一聯(lián)、王四聯(lián)、河一聯(lián)、里一聯(lián)5個(gè)注水站進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中以每個(gè)注水站組成的注水單元為一個(gè)系統(tǒng)，在注水系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，通過(guò)測(cè)試、分析注水泵和注水管網(wǎng)電力、水力工況，分析注水站系統(tǒng)的能量損失因素及其所占比例，從而得出影響注水系統(tǒng)能量損失的主要原因，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提出提高注水系統(tǒng)效率方法途徑。通過(guò)測(cè)試結(jié)

3、果分析，為今后提高注水系統(tǒng)效率改造提供了很好的理論依據(jù)，2007年通過(guò)對(duì)部分站進(jìn)行改造，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目 錄第一章 問(wèn)題的提出第二章 解決問(wèn)題的主要技術(shù)1、仿真優(yōu)化技術(shù)1.1仿真優(yōu)化軟件技術(shù)原理簡(jiǎn)介1.2 仿真優(yōu)化軟件增加效率計(jì)算模塊1.3 雙管網(wǎng)注水系統(tǒng)分壓點(diǎn)優(yōu)化方法2、系統(tǒng)能量平衡模型和效率計(jì)算第三章 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果1、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析步驟2、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況3、測(cè)試結(jié)果分析4、提高注水系統(tǒng)效率現(xiàn)場(chǎng)改造及改造效果第四章 效益分析第一章 問(wèn)題的提出我廠目前有注水站11座，注水能力2.9104m3/d，注水泵106臺(tái)，其中五柱塞泵46臺(tái)，三柱塞泵45臺(tái)，增壓泵15臺(tái)，電機(jī)總功率達(dá)到1.

4、4104kw.h。配水間73座，注水井273口，注水1.09 104m3/d，除高44每天注入180m3清水外，其余各站全部回注污水,基本滿足了油田開發(fā)的需要。隨著油田開發(fā)不斷深入，特別是油田開發(fā)到中后期，油井產(chǎn)液量越來(lái)越高，導(dǎo)致各注水站污水回注量不斷增大，同時(shí)注水管線不斷加長(zhǎng)，特別是管線腐蝕、結(jié)垢，注水泵腐蝕、電機(jī)老化等因素，使注水系統(tǒng)效率越來(lái)越低。管線腐蝕、結(jié)垢導(dǎo)致管線流動(dòng)阻力增大、管網(wǎng)效率降低；注水泵腐蝕及電機(jī)老化，造成維護(hù)保養(yǎng)頻繁，增加了注水機(jī)泵自身內(nèi)耗，降低了泵效。據(jù)統(tǒng)計(jì)注水系統(tǒng)每年耗電約占油田用電的30左右。為了提高地面注水效率，降低生產(chǎn)能耗，必須摸清影響地面注水系統(tǒng)效率的主要因素

5、，并找出解決問(wèn)題的思路。第二章 解決問(wèn)題的主要技術(shù)在解決本課題過(guò)程中主要應(yīng)用了以下主要技術(shù)1、仿真優(yōu)化技術(shù)1.1仿真優(yōu)化軟件技術(shù)原理簡(jiǎn)介 國(guó)內(nèi)九十年代后期開始油田注水系統(tǒng)效率方面的研究，主要集中在提高設(shè)備運(yùn)行效率。對(duì)于復(fù)雜的地面注水管網(wǎng)(多站、復(fù)雜管網(wǎng))的壓力分布、水流分布無(wú)法用儀器、儀表進(jìn)行監(jiān)測(cè)，難以定量分析管網(wǎng)能耗損失、效率低的原因，無(wú)法提出注水系統(tǒng)中注水站的最優(yōu)化運(yùn)行方案和管網(wǎng)調(diào)整方案。為此，華北油田分公司采油工藝研究院研究開發(fā)了注水系統(tǒng)仿真優(yōu)化技術(shù)。該技術(shù)是運(yùn)用系統(tǒng)工程理論、水力學(xué)原理、數(shù)字仿真和優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行油田地面注水系統(tǒng)運(yùn)行效率的研究。首先，建立注水管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，應(yīng)用有限元分析方法

6、建立仿真數(shù)學(xué)模型，把每一個(gè)管元、閘門、節(jié)點(diǎn)及單井看作一個(gè)管網(wǎng)單元，以注水站、干線、配水間的壓力表、流量計(jì)測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，模擬計(jì)算管網(wǎng)單元的壓力、流量，進(jìn)行總體的油田地面注水系統(tǒng)能耗分布的仿真模擬及分析；其次，以注水單耗最低為目標(biāo)函數(shù)，建立注水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，用先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法求解給出優(yōu)化的開泵方案，即確定合理的系統(tǒng)壓力、注水量，實(shí)現(xiàn)注水能量資源的合理分配，降低注水能耗、提高注水系統(tǒng)效率，就是不改變目前的管網(wǎng)系統(tǒng)，重新分配各注水站的壓力和流量，既滿足每個(gè)單井的地質(zhì)配注要求，又使管網(wǎng)能量損失最小，系統(tǒng)效率高。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)出油田地面注水系統(tǒng)仿真優(yōu)化軟件，包括圖形建模、系統(tǒng)仿真、優(yōu)化開

7、泵等三個(gè)主要模塊。關(guān)鍵技術(shù)有：1.1.1 管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)及圖形建模，油田注水系統(tǒng)仿真優(yōu)化軟件與oracle數(shù)據(jù)庫(kù)接口程序的開發(fā)。圖形建模是依據(jù)注水系統(tǒng)的真實(shí)情況，在計(jì)算機(jī)上按一定比例繪制出整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)（包括井、站、配水間、管子及其連接關(guān)系），它是整個(gè)程序的基礎(chǔ)。1.1.2 建立注水管網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型及進(jìn)行仿真計(jì)算，應(yīng)用水力學(xué)原理、有限元分析方法，建立注水系統(tǒng)仿真模型，仿真模擬管網(wǎng)壓力、流量分布，分析能量損耗。系統(tǒng)仿真主要是提取實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)（注水井和注水站）經(jīng)過(guò)管網(wǎng)的適當(dāng)簡(jiǎn)化，計(jì)算出管網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的壓力分布、各個(gè)管子流量、水流方向、注水范圍等，模擬實(shí)際管網(wǎng)的工況。1.1.3 建立注水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化

8、的數(shù)學(xué)模型及解算方法，給出優(yōu)化方案。優(yōu)化開泵是在仿真的基礎(chǔ)上，通過(guò)復(fù)雜的優(yōu)化計(jì)算，找到一個(gè)最優(yōu)的開泵方案，使得注水耗電量得到有效降低，而且滿足整個(gè)系統(tǒng)注水要求。管網(wǎng)改造優(yōu)化設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)現(xiàn)在的管網(wǎng)進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，對(duì)管網(wǎng)中出現(xiàn)的壓降損失較大的部位作部分調(diào)整，完善注水管網(wǎng)，提高管網(wǎng)效率，合理確定新增管網(wǎng)的工藝流程布局。油田注水系統(tǒng)仿真優(yōu)化軟件功能包括：圖形建模、系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)優(yōu)化、管網(wǎng)優(yōu)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)接口、注水井?dāng)?shù)據(jù)查詢及輔助功能，如下圖。 1.2 仿真優(yōu)化軟件增加效率計(jì)算模塊2003年項(xiàng)目研究中完成了生產(chǎn)數(shù)據(jù)接口模塊，使軟件通過(guò)采油廠開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，即oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠順利提取注水站

9、、注水井的生產(chǎn)日?qǐng)?bào)、生產(chǎn)月報(bào)等數(shù)據(jù)。油田地面注水系統(tǒng)仿真優(yōu)化技術(shù)軟件主要是進(jìn)行管網(wǎng)分析，而現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)是動(dòng)態(tài)的需要適時(shí)調(diào)整，生產(chǎn)系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)變化的，地面注水系統(tǒng)也是動(dòng)態(tài)變化的，管理人員經(jīng)常需要知道地面注水系統(tǒng)效率參數(shù)，而測(cè)試需要有一段時(shí)間、一定費(fèi)用，因此對(duì)軟件進(jìn)行了修改與完善，增加效率計(jì)算模塊，使其不需要測(cè)試，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注水報(bào)表計(jì)算出注水管網(wǎng)運(yùn)行效率、注水系統(tǒng)效率、系統(tǒng)單耗等注水系統(tǒng)參數(shù)。油田注水工藝流程如下：注水井配水間流量計(jì)水罐水源來(lái)水注水泵流量計(jì)注水站圖2 油田地面注水系統(tǒng)組成示意圖要達(dá)到上述功能，必須簡(jiǎn)化注水系統(tǒng)效率計(jì)算方法，簡(jiǎn)化的目的：從現(xiàn)場(chǎng)角度出發(fā)（注水設(shè)備-地面注水管網(wǎng)-井口）初步得

10、出注水系統(tǒng)效率。1.2.1 理論計(jì)算方法：注水系統(tǒng)效率分為4部分電動(dòng)機(jī)的效率1，皮帶輪傳動(dòng)效率2，注水泵的效率3，以及注水管網(wǎng)的效率4，其效率為=1234在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，1、2、3三個(gè)參數(shù)的測(cè)定需要專門的儀器，給現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算帶來(lái)很大困難。注水系統(tǒng)效率是個(gè)動(dòng)態(tài)值，需要隨時(shí)把握，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)這個(gè)效率來(lái)調(diào)整注水工程中某些不合理因素，顯然必須找到一個(gè)簡(jiǎn)便計(jì)算方法。1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算方法：把1、2、3作為一整體來(lái)考慮，即把電機(jī)、皮帶和注水泵作為一個(gè)新的參數(shù)1，即注水站效率，把注水管網(wǎng)作為一個(gè)計(jì)算參數(shù)2，則注水系統(tǒng)效率可改寫為=121= w有效/w電機(jī)100%= （p2- p1）q /w電機(jī)100%2=（piqi

11、/（p2- p1）q）100%式中：i注水井序號(hào)數(shù)；pi單井注水壓力，mpa；qi單井注水量，m3/h；p1注水站喂水壓力，mpa；p2注水站出站壓力，mpa；q注水站出站流量，m3/h。則整個(gè)注水系統(tǒng)效率的計(jì)算可簡(jiǎn)化為=（piqi /w電機(jī)）100%上述式中的參數(shù)w電機(jī)可由電表直接讀出，單井注水壓力pi、注水量qi也可直接錄取或由注水工程報(bào)表得到，計(jì)算起來(lái)簡(jiǎn)單明了，這樣采油廠可以用軟件隨時(shí)計(jì)算出注水站及全廠注水系統(tǒng)效率。仿真優(yōu)化軟件中效率計(jì)算模塊的思路和方案：利用注水系統(tǒng)效率測(cè)試儀測(cè)出注水站系統(tǒng)中各運(yùn)行電機(jī)的輸入功率，或者利用注水站機(jī)泵電量表記錄的注水用電量得出各運(yùn)行電機(jī)的輸入功率，輸入軟件

12、計(jì)算出注水系統(tǒng)輸入功率w電機(jī)，軟件同時(shí)把生產(chǎn)日?qǐng)?bào)轉(zhuǎn)化得出注水系統(tǒng)末端能量pi qi，并得出注水站系統(tǒng)效率，為管理者做出決策提供依據(jù)。1.3 雙管網(wǎng)注水系統(tǒng)分壓點(diǎn)優(yōu)化方法雙管網(wǎng)注水系統(tǒng)分壓點(diǎn)優(yōu)化方法是在仿真優(yōu)化技術(shù)推廣應(yīng)用過(guò)程中的一項(xiàng)技術(shù)完善與進(jìn)步。經(jīng)過(guò)注水系統(tǒng)的仿真優(yōu)化分析發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整分壓點(diǎn)仍然有可能進(jìn)一步降低計(jì)配間的節(jié)流損耗，實(shí)現(xiàn)提高注水系統(tǒng)效率的目的，因而對(duì)雙管網(wǎng)注水系統(tǒng)分壓點(diǎn)值的優(yōu)化提出了新的方法，并且做了進(jìn)一步的完善。對(duì)于可實(shí)現(xiàn)兩套管網(wǎng)的注水系統(tǒng)，優(yōu)化壓力分界點(diǎn)實(shí)質(zhì)上是優(yōu)化低壓系統(tǒng)計(jì)配間的干線壓力或低壓系統(tǒng)的出站壓力這一參數(shù)。這樣的優(yōu)化問(wèn)題是一個(gè)線性規(guī)劃問(wèn)題。建立分壓點(diǎn)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型

13、包括建立目標(biāo)函數(shù)和確定約束條件兩部分。分壓點(diǎn)優(yōu)化問(wèn)題，其目標(biāo)函數(shù)是計(jì)配間節(jié)流損失最小，數(shù)學(xué)方程為：式中：ws 計(jì)配間節(jié)流損耗，kw；ph，pl 高、低壓注水系統(tǒng)的出站壓力，mpa；qh，ql 高、低壓注水系統(tǒng)的出站流量，m3/d；phi 高壓注水系統(tǒng)的第i個(gè)計(jì)配間的干壓，mpa；plm 低壓注水系統(tǒng)的第m個(gè)計(jì)配間的干壓，mpa；phij 高壓注水系統(tǒng)的第i個(gè)計(jì)配間所轄第j口注水井的注水壓力，mpa；plmn 低壓注水系統(tǒng)的第m個(gè)計(jì)配間所轄第n口注水井的注水壓力，mpa；qj 高壓注水系統(tǒng)的第j口注水井的注水量，m3/d；qn 低壓注水系統(tǒng)的第n口注水井的注水量，m3/d； 單位換算系數(shù)，無(wú)因次

14、。主要約束條件：phphiplplmphiphij（max）plmplmn （max）分壓點(diǎn)仿真優(yōu)化具體方法是：以滿足注水系統(tǒng)的地質(zhì)配注量為前提條件，因此保持高壓系統(tǒng)的干壓不變。從目前高壓系統(tǒng)的出站壓力開始仿真模擬計(jì)算，以一定的等差數(shù)列變化分壓點(diǎn)值（一般選等差值為0.1mpa），并根據(jù)壓力范圍相應(yīng)調(diào)整高低壓管網(wǎng)及其注水井，對(duì)每一個(gè)分壓點(diǎn)相應(yīng)計(jì)算出計(jì)配間的節(jié)流損耗，計(jì)配間的節(jié)流損耗值隨著分壓點(diǎn)的變化而變化，計(jì)配間的節(jié)流損耗最低時(shí)的分壓點(diǎn)則為最佳分壓點(diǎn)，這使得系統(tǒng)效率最高。2、系統(tǒng)能量平衡模型和效率計(jì)算根據(jù)gb3484-83關(guān)于有效能量的規(guī)定，將注水井口處的水所具有的能量計(jì)為有效能量，而克服地面管

15、網(wǎng)的摩阻和地面的節(jié)流損失所消耗的能量是地面注水系統(tǒng)損耗的能量。系統(tǒng)能量平衡模型和效率計(jì)算模型如下圖。圖3 系統(tǒng)能量平衡模型和效率計(jì)算模型井口有效wjwe輸入管壓損管網(wǎng)損注水泵站內(nèi)回流損節(jié)流損失站內(nèi)電機(jī)損電機(jī)站外管網(wǎng)注水泵損注水站效率（考慮打回流）或機(jī)泵效率（不打回流時(shí)）管網(wǎng)效率系統(tǒng)能量平衡程式：w輸入= w電機(jī)損+w泵損+ w回流損+w管線損+w節(jié)流損+ w有效把注水系統(tǒng)分為站內(nèi)和站外兩部分，站內(nèi)由電機(jī)、注水泵、匯管等組成，站外由干線及支線管網(wǎng)、配水間、注水井等組成。油田地面注水系統(tǒng)效率指注水站到注水井井口的效率，包括注水泵機(jī)組和注水管網(wǎng)的效率。上式考慮了地面注水系統(tǒng)的所有能量損耗因素，把注水

16、系統(tǒng)分為站內(nèi)和站外兩部分，可把上式歸納為w輸入= w機(jī)泵損+w管線損+w節(jié)流損+w有效地面注水系統(tǒng)效率的計(jì)算公式為=注水站效率管網(wǎng)效率注水站效率= w出站/ w輸入100%w出站=q(p出站-p喂水泵)/3.6w輸入運(yùn)行機(jī)泵的輸入電功率，kwh；q 注水站出站匯管流量，m3/h；管網(wǎng)效率=單井平均注水壓力注水站出站匯管壓力100%該技術(shù)是運(yùn)用系統(tǒng)工程理論、水力學(xué)原理，應(yīng)用有限元分析的數(shù)字仿真技術(shù)，進(jìn)行油田注水地面工程系統(tǒng)效率的分析，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行油田地面注水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，仿真模擬符合實(shí)際。第三章 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果1、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析步驟為了了解影響注水系統(tǒng)效率的主要因素，在地面注水系統(tǒng)效率測(cè)

17、試和分析過(guò)程中，建立了一套完整的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法。根據(jù)華北注水系統(tǒng)的實(shí)際情況提出油田地面注水系統(tǒng)效率測(cè)試分析步驟如下：1.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試同步測(cè)試法，即注水站系統(tǒng)各測(cè)試點(diǎn)同時(shí)測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)；1.2 注水系統(tǒng)效率參數(shù)計(jì)算；1.3 按大小排列系統(tǒng)能量損耗比例，找出存在問(wèn)題；1.4 應(yīng)用仿真優(yōu)化技術(shù)分析注水管網(wǎng)；1.5 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況提出提高注水系統(tǒng)效率的方法和途徑。在總結(jié)過(guò)去現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上上，結(jié)合測(cè)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題，根據(jù)華北注水站系統(tǒng)實(shí)際改進(jìn)完善了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案，規(guī)范了測(cè)試操作步驟，使測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)表更加規(guī)范，便于崗位人員實(shí)際操作，使現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案對(duì)注水系統(tǒng)效率測(cè)試能起到指導(dǎo)作用。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)效率綜合測(cè)試儀中注水

18、系統(tǒng)效率測(cè)試部分的數(shù)據(jù)錄取及其處理程序，該儀器把過(guò)去單一功能變?yōu)槎囗?xiàng)功能，能夠分別進(jìn)行抽油井系統(tǒng)效率、螺桿泵系統(tǒng)效率、注水系統(tǒng)效率的測(cè)試，節(jié)省了系統(tǒng)效率現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的成本。另一方面，通過(guò)應(yīng)用測(cè)試技術(shù)和仿真優(yōu)化技術(shù)，對(duì)推廣區(qū)塊建立、健全了注水系統(tǒng)效率數(shù)據(jù)庫(kù)，注水系統(tǒng)設(shè)備、管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，為今后注水系統(tǒng)效率測(cè)試分析提供了準(zhǔn)確、快捷的手段。2、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況測(cè)試主要在留17、王一聯(lián)、王四聯(lián)、河一聯(lián)、里一聯(lián)5個(gè)注水站。測(cè)試以每個(gè)注水站組成的注水單元為一個(gè)系統(tǒng)，在注水系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，通過(guò)測(cè)試、分析注水泵和注水管網(wǎng)電力、水力工況，計(jì)算出電機(jī)效率、泵運(yùn)行效率、泵站效率以及管網(wǎng)效率。經(jīng)過(guò)分析，找出影響注水系統(tǒng)效率的

19、主要因素，為實(shí)施改造提供依據(jù)。各各站注水泵電機(jī)效率、注水泵效率、注水管網(wǎng)效率、注水單耗和各站注水系統(tǒng)效率綜合測(cè)試結(jié)果如下圖表：注水泵電機(jī)效率 表1注水泵效率 表2注水管網(wǎng)效率 表3注水系統(tǒng)效率 表4本次測(cè)試5個(gè)注水站系統(tǒng)，運(yùn)行15臺(tái)泵，連接注水井90口，額定功率為2625kw，瞬時(shí)注水量275m3/h，日注水量5892m3/d，輸入功率1808kw，日耗電量4.34104kwh，折算年注水用電1583.8104kwh，平均出站壓力20mpa，平均油壓12mpa，平均井口壓力11.5mpa，單井注水功率之和為941kw，系統(tǒng)損失功率867 kw，占輸入功率的47.9%，相當(dāng)于每天損失電量2.08

20、104kwh，折算年損失759.5104kwh。地面注水系統(tǒng)效率參數(shù)為：注水電機(jī)平均運(yùn)行效率89.7%，注水泵平均運(yùn)行效率79.4%，注水管網(wǎng)平均效率61%，地面注水系統(tǒng)平均效率43.4%，注水單耗6.6 kwh/m3。注水站系統(tǒng)效率及能耗損失情況 表5名稱留17王一聯(lián)王四聯(lián)河一聯(lián)里一聯(lián)砂巖里一聯(lián)灰?guī)r機(jī)泵總功率，kw92511551127.711553301020電機(jī)效率，%91.489.390.289.785.489.2泵效，%90909167.343.594站效，%82.380.48260.437.183.8管網(wǎng)效率，%63576053.169.693系統(tǒng)效率，%51.845.648.43

21、2.125.980.1輸入電功率，kw279.5378431.4279.342.4400.3機(jī)泵功率損失，kw49.568.375.3107.226.252節(jié)流功率損失，kw5312410861.64.9311.7管網(wǎng)功率損失，kw110134.5143.680.64.915.7日耗電，kwh6818907210353670310179535日注水，m3518107111839921122016注水單耗，kwh/m312.948.478.756.769.093.543 測(cè)試結(jié)果分析為了提高注水系統(tǒng)效率，首先分析注水站系統(tǒng)的能量損失因素及其所占比例，從而得出影響注水系統(tǒng)能量損失的主要原因，再根據(jù)

22、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提出提高注水系統(tǒng)效率方法途徑。經(jīng)過(guò)測(cè)試及計(jì)算，各注水站能量損失情況如表。注水站系統(tǒng)能耗損失 表6站名總損失kw機(jī)泵損失kw占比例%節(jié)流損失kw占比例%管網(wǎng)摩阻kw占比例%留17158.248.430.453.333.956.535.7王一聯(lián)202.868.333.712461.110.55.2王四聯(lián)21975.334.410849.335.616.3河一聯(lián)187.8107.257.161.632.81910.1里一聯(lián)砂巖31.126.284.24.915.800里一聯(lián)灰?guī)r67.75276.811.717.345.9由上表可以看出，機(jī)泵能量損失、節(jié)流能量損失是注水系統(tǒng)總能量損失的兩個(gè)主要

23、因素。根據(jù)機(jī)泵能量損失、節(jié)流能量損失的情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，分析認(rèn)為提高注水系統(tǒng)效率的潛力主要有：3.1柱塞泵提高泵效的潛力由于注水設(shè)備陳舊，造成注水泵泵頭漏失嚴(yán)重、泵效低，閘閥漏、管線穿孔現(xiàn)象多，頻繁啟停泵，造成無(wú)功能量損失大。近幾年來(lái)更換了部分新的注水泵，但絕大多數(shù)注水站使用的仍為八十年代投產(chǎn)，有的已投運(yùn)服役超過(guò)二十年以上，故障多，造成頻繁啟停泵。如河一聯(lián)、里一聯(lián)注水泵漏失現(xiàn)象嚴(yán)重，故障多、維修工作量大，啟停泵頻繁，造成能量損耗，運(yùn)行費(fèi)用高。同時(shí)根據(jù)河一聯(lián)生產(chǎn)實(shí)際情況，注水站正常運(yùn)行時(shí)開泵2-4臺(tái)，但每天啟停泵次數(shù)都在8次左右，一次啟停泵操作需要近20min才能穩(wěn)定，水量損失大、無(wú)功功耗

24、大。里一聯(lián)砂巖注水運(yùn)行的1#三柱塞泵，實(shí)際只有間12-7、間12-2兩口注水井，泵實(shí)際排量?jī)H4.67m3/h，比泵額定排量21.6 m3/h小得多，主要是由于泵嚴(yán)重漏失，泵效僅43.5%，造成能量浪費(fèi)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況建議換小型泵，配功率75kw的小電機(jī)，不僅節(jié)能，而且小型泵排量小，故障少，運(yùn)行保養(yǎng)費(fèi)用低。王四聯(lián)注水站，由于機(jī)泵與注水管網(wǎng)不匹配，盡管應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，但還是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓注水。正常注水時(shí)，啟運(yùn)2臺(tái)泵，排量較低、系統(tǒng)壓力低，完不成配注水量；若啟運(yùn)3臺(tái)泵，排量高出許多、系統(tǒng)壓力偏高，自動(dòng)跳閘停一臺(tái)泵，因此需要人為控制一段時(shí)間開3臺(tái)泵、一段時(shí)間開2臺(tái)泵，沒(méi)有達(dá)到利用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)

25、自動(dòng)穩(wěn)壓注水的目的，頻繁啟停泵，造成無(wú)功功耗大，增加能量損失，降低了系統(tǒng)效率。建議把1臺(tái)五柱塞泵調(diào)換成三柱塞泵，啟3臺(tái)泵，能實(shí)現(xiàn)機(jī)泵與注水管網(wǎng)的合理匹配，利用好變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓注水，能夠有效地提高注水系統(tǒng)效率。3.2降低摩阻和節(jié)流損失提高管網(wǎng)效率的潛力測(cè)試結(jié)果表明，各注水站系統(tǒng)所屬的注水井其注水壓力嚴(yán)重不平衡，是影響管網(wǎng)效率低的主要原因。個(gè)別井節(jié)流壓差大于15mpa，河一聯(lián)注水井注水壓力嚴(yán)重不平衡造成管網(wǎng)效率僅為53.1%，單井節(jié)流損失相對(duì)較高；王一聯(lián)有些高壓注水井在25mpa的注水系統(tǒng)壓力下，仍然注不進(jìn)水，建議應(yīng)用增壓泵或其它技術(shù)降低節(jié)流損失，提高注水效率。另一方面，管網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年使用

26、，管線因?yàn)榻Y(jié)垢、腐蝕，過(guò)流面積減少、流動(dòng)阻力加大，管線水流壓力損失增大，配水間干壓比出站壓力小2mpa以上，如留17注水站出站壓力為32mpa，配水間壓力為26mpa，壓力損失達(dá)6mpa，造成能量損失，需要采取措施清垢，降低管網(wǎng)摩阻。3.3提高注水系統(tǒng)效率技術(shù)改造方案針對(duì)河一聯(lián)注水泵效率低主要是由于漏失原因造成的問(wèn)題，建議進(jìn)行大修或在資金允許的情況下進(jìn)行更換。王四聯(lián)注水系統(tǒng)與里一聯(lián)污水回注系統(tǒng)由于配注水量與注水泵排量不匹配，建議分別更換1臺(tái)五柱塞泵為三柱塞泵，采取五柱塞泵和三柱塞泵合理使用，實(shí)現(xiàn)機(jī)泵與注水管網(wǎng)的合理匹配，利用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓注水。里一聯(lián)砂巖注水系統(tǒng)由于目前注水泵排量較大

27、，實(shí)際配注任務(wù)較少，建議將目前注水泵換成排量小的注水泵，配功率75kw的小電機(jī)，不僅可以減少注水泵電機(jī)內(nèi)耗，而且可以提高目前運(yùn)行注水泵的效率。針對(duì)目前河一聯(lián)、王四聯(lián)注水站管網(wǎng)效率低和節(jié)流損失大的問(wèn)題，建議對(duì)河一聯(lián)個(gè)別高壓注水井進(jìn)行采取酸化增注措施或應(yīng)用注水壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置；王四聯(lián)完不成配注任務(wù)的注水井如果在一座配水間有多口采用增壓泵，單獨(dú)的注水井則采取酸化增注措施提高其吸水能力。王四聯(lián)及留17站由于管網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年使用，管線因?yàn)榻Y(jié)垢、腐蝕，過(guò)流面積減少、流動(dòng)阻力加大，管線水流壓力損失增大建議采取物理或化學(xué)清垢措施，對(duì)管線進(jìn)行清垢。4 提高注水系統(tǒng)效率現(xiàn)場(chǎng)改造及改造效果針對(duì)機(jī)泵能量損失、節(jié)流能量損失

28、是注水系統(tǒng)總能量損失的兩個(gè)主要因素，為了降低節(jié)流損失，提高注水系統(tǒng)效率和滿足油田開發(fā)需要，分別在大王莊油田和留17注水站進(jìn)行了改造，改造后各站系統(tǒng)壓力降低，管網(wǎng)效率明顯提高，綜合系統(tǒng)效率也提高5%以上，改造后留17、王四聯(lián)測(cè)試結(jié)果具體見(jiàn)附表3。留17、王四聯(lián)各站改造情況和改造后效果如下：大王莊油田留70-39斷塊的王十五計(jì)、王九計(jì)部分注水井在原來(lái)25mpa系統(tǒng)壓力，一直注不進(jìn)水，2004年8月王十五計(jì)增建增壓泵3臺(tái)，王九計(jì)增建2臺(tái)，原來(lái)完不成配注任務(wù)的注水井經(jīng)過(guò)增壓后，能夠滿足生產(chǎn)需要，同時(shí)系統(tǒng)壓力也有一定程度的降低。王十五計(jì)留70-147、-149、-150等5口注水井在原來(lái)25mpa壓力下

29、注不進(jìn)水，增壓后在31mpa情況下，基本能完成生產(chǎn)任務(wù)。王九計(jì)所屬的留70-141、-158、-162等3口注水井也與王十五相似，增壓后在30mpa情況下，基本能完成生產(chǎn)任務(wù)。改造后王四聯(lián)系統(tǒng)壓力降低至24mpa，所有注水井能夠全部完成生產(chǎn)任務(wù)，在目前系統(tǒng)壓力下節(jié)流損失減少，其注水站電機(jī)效率、注水泵效率及注水管網(wǎng)效率明顯提高，特別是注水管網(wǎng)效率提高效果顯著。注水系統(tǒng)效率由措施前的48.9%提高到58.6%，提高了9.7%，注水單耗由措施前的9.49kwh/m3下降到9.01kwh/m3，下降了0.48kwh/m3，日節(jié)電576kwh，截止12月底節(jié)電6.91104kwh，電費(fèi)均按0.4715元

30、/ kwh計(jì)算，節(jié)約電費(fèi)3.26萬(wàn)元。折算年節(jié)電21.02104kwh，年節(jié)約電費(fèi)9.91萬(wàn)元。王四聯(lián)改造前后效果對(duì)比結(jié)果如下：王四聯(lián)改造前后效果對(duì)比 表7序號(hào)增壓前增壓后1電機(jī)效率（%）90電機(jī)效率（%）90.22注水泵機(jī)組效率（%）81注水泵機(jī)組效率（%）823管網(wǎng)效率（%）67管網(wǎng)效率（%）794系統(tǒng)效率（%）48.9系統(tǒng)效率（%）58.65節(jié)流損失（kw）81節(jié)流損失（kw）776注水單耗（kw.h）/m39.49注水單耗（kw.h）/m39.01王四聯(lián)注水系統(tǒng)效率改造前后對(duì)比 表8留17斷塊為低滲透區(qū)塊，為了滿足生產(chǎn)需要，該注水站一直在32mpa系統(tǒng)壓力下運(yùn)行，但由于留416斷塊離留

31、17注水站較遠(yuǎn)，管線壓力損失較高，部分注水井仍然不能完成生產(chǎn)任務(wù)。為了保證生產(chǎn)需要，2004年6月在留416注水站增建1臺(tái)增壓泵。注水泵在32mpa系統(tǒng)壓力，該斷塊的留416-8、-16、-9、-17能夠完成配注任務(wù)，同時(shí)留17注水站系統(tǒng)壓力也有所降低。目前留17注水站在30mpa壓力情況下，基本能滿足生產(chǎn)需要。改造后該站注水泵電機(jī)效率、注水泵效率及注水管網(wǎng)效率得到明顯提高，特別是注水管網(wǎng)效率提高效果顯著。注水系統(tǒng)效率由措施前的45.6%提高到50.5%，提高了4.9%，注水單耗由措施前的12 kwh/m3下降到11.17 kwh/m3，下降了0.83kwh/m3，日節(jié)電440kwh，截止12月底節(jié)電5.28104kwh，電費(fèi)均按0.4715元/ kwh計(jì)算，節(jié)約電費(fèi)2.49萬(wàn)元。折算年節(jié)電16.06104kwh，年節(jié)約電費(fèi)7.57萬(wàn)元。留17注水站改造前后效果對(duì)比如下：留17注水站改造前后效果對(duì)比 表9序號(hào)增壓前增壓后1電機(jī)效率（%）91電機(jī)效率（%）91.42注水泵機(jī)組效率（%）80注水泵機(jī)組效率（%）813管網(wǎng)效率（%）62管網(wǎng)效率（%）684系統(tǒng)效率（%）45.6系統(tǒng)效率（%）50.55節(jié)流損失（kw）59.6