大型油田注水系统生产运行方案优化

当 代 化

工

Contempordry Chemical

Industry

Vol.48,No.7July, 2019

第48卷第7期

2019年7月

大型油田注水系统生产运行方案优化魏立新关德慧I,解红军'，

吕莉莉1王中专彳，高嘉良

I,陈双庆J

陈雯雯彳

(1.

东北石油大学石油工程学院.黑龙江大庆163318;

2.中国石油天然气股份有限公司规划总院，北京海淀区

100083 ； 3.大庆油田有限责任公司，黑龙江大庆163511 )

摘 要：大庆油田某大型注水系统由于井口注水量持续增加，导致能耗较高且呈逐年上升趋势；优化系统

内各注水站机泵的启停方式对油田的节能降耗具有重要的作用；针对该问题，建立了能耗评价指标及其用能单 元的能量平衡分析模型，并对能耗计算结果进行分析与评价.确定了能耗分布规律，

找到了用能存在的薄弱环

节。运用注水泵启停方案优化算法理论得到注水泵开停调整的方案。现场应用结果表明，注水单耗下降0.23 kW h/m3,耗电量降低3.5%。

关 键词：注水系统；能耗分析；节能；优化中图分类号：TEO&TE357 文献标识码：A 文章编号：1671-0460 ( 2019 ) 07-1578-05

Optimization of Production Operation Scheme for

Large Oilfield Water Injection System

WEI Li-xin'1, GUANDe-hui\ XIE Hong-jun^, LVLi-li

,

WANG

Zhong-zhuan,

GAO Jia-lia昭

\

CHENShuang-qing , CHEN

Wen-wen^

(1. School of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China;

2. School of Petroleum Engineering, Changzhou University, Jiangsu Changzhou 213164, China;3. General Planning Institute of China National Petroleum Corporation, Beijing

100083,

China;

4. Daqing Oilfield Co., Ltd.,

Heilongjiang Daqing 163511,

China)

Abstract: Due to the continuous increase of water injection volume at the wellhead in a large water injection system in

Daqing oilfield, the energy consumption is high and it is increasing year by year. Optimizing the start-stop mode of the

pumps in each water injection station plays an important role in energy conservation and consumption reduction of the

oilfield. In this paper, the energy balance evaluation index and the energy balance analysis model of the energy

consumption unit were established, and the energy consumption calculation results were analyzed and evaluated. The energy distribution law was determined and the weak links of energy use were found. The scheme of the

start-stop

adjustment of the water injection pump was obtained by using the theory of the optimization of the injection pump start-stop scheme. The field application results showed that the unit consumption of water injection was reduced by 0.23 kW-h/m3, and the power consumption was reduced by 3.5%.

Key words:

Water injection system; Energy analysis; Energy

saving; Optimization

油田注水系统是以注入水的水质处理和水质稳 定为手段，以保护油层为基础，同时以达到保持油 层压力、实现油田稳产增产为目的的油田地面系统 的重要组成部分。注水系统是由若干注水站、配水 间、注水井等节点单元，以及连接各节点之间的管 线组成的一个连续的、密闭的水力系统，随着油田 的滚动开发，管网改造及管线搭接使得老油田管网 形状为环状，相较普遍的枝状管网来说，干线与支 线的连接关系复杂、管网各处水的流向不确定，各 注水站所辖井区块繁多"T。加之开发对注水量需求 波动大，注水泵启停方式与开发需求不匹配，使得 部分管网区域压力较高，注水系统能耗持续增大％ 而目前，环状管网注水系统运行的启停泵方案主要 依靠注水管理人员的经验和认识进行确立实施，对 于这样大型复杂的注水系统无法确保其在优化状态 下运行，从而造成了工作量大、生产方案不合理，

得不到及时调整，

使得注水系统存在能量利用率较

低，注水单耗较高的经济问题｝役所以，在保证系

统稳定运行的前提下，

降低注水系统能耗

、对系统

的优化与节能具有十分重要的意义。本文针对该大 型油田注水系统，

对其进行了能耗分析

，

建立运行

方案优化数学模型并求解，确定了注水泵最优启停

情况，

制定了合理的改造方案

。

1注水系统能耗分析与评价

1.1注水系统工艺流程

该注水系统采用单干管单井配水和多井配水 两种流程，流程如图

1所示。水源来水进入注水站，

基金项目：国家自卷科学基金资助项目，项目号：

51674086。

收稿日期：2019-04-08

作者倚介：魏立» ( 1973-),男,东北石油大学教授、博士生导师，主要从事储运系统优化与节能降耗技术的研究。第48卷第7

期

魏立新，等：大型油田注水系统生产运行方案优化

1579

经流量计计量、注水泵升压后，经过岀站阀组由注

水干线输送至各配水间吟铁在多井及单井配水间控 制、调节，

最终输至注水井并注入油层。

注水泉注水r线

水源来水储水罐

流M 电机骡动

计

注水管网单井配水间

066

-Z

■ 多

井配水间

注水井o图1注水系统流程图

Fig.l Flow chart of the water injection system

1.2注水系统能量平衡模型注水系统能量损耗主要包括四个部分：驱动注

水泵电机的损耗、注水泵自身能量损耗、站内泵管

压差损失、管线沿程摩阻损失

、

阀组截流损失。其

中管线沿程摩阻损失包括站内管线损失和注水管网 管线损失，阀组截流损失包括站内阀组损失和配水

间阀组损失及井口控制阀截流损失"5。

注水系统能量平衡模型的建立是根据能量守衡 与转换定律，对确定的体系有：带入体系能量+夕卜

界供给能量=体系损耗能量+输出能量。

根据能量平衡原理建立注水系统的能量平衡分 析模型如图2O

图2注水系统能量平衡模型

Fig.2 Water injection system energy balance model

图2中：f电机一电机输入功率；E泵带入一注水泵入口水流带入能量；

△ E和一注水泵机组损失的能量

；

△ E站内一注水站内管线及阀组损失的能量;

△ E管损一注水管网管线损失的能量； A£««-配水间阀组截流损失的能量； E有效一注入注水井的有效能量。

1.3注水系统能耗评价指标体系

1.3.1注水站体系泵机组能耗评价指标：

(1 )注水泵机组效率：注水泵机组输岀能量与 机组输入能量的比值。计算公式

：

nMP=-^£«-xlOO%

(1)

式中：耳时一注水泵机组效率

，

%;

Mg—

注水泵机组输出能量.kW;

Nhw—

注水泵机组输人能量.kW

(2) 负荷率：泵实际排量与额定排量之比。计

算公式：77严异X100%

(2)

式中：q—负荷率

，

%

；

G—泵实际排量，m7h;

G—额定排量，m'/h。

(3) 泵管压差：注水泵出口压力与注水站出口

压力之差。计算公式：

AP = ^Pout -耳。ut ( 3 )式中：泵管压差，

MPa；

Ppom—注水泵排出压力，MPa;Psout—注水站出口压力，MPa。

注水站能耗评价指标：

(1 )注水站能量利用率：

注水站单位时间内输

出的水具有的能量与该站注水泵机组输入能量之和 的比值。计算公式：

几=知 xQ xioo%

3・

6

工％ (4)

»=1式中：久一注水站能量利用率，%；

r—注水站内注水泵的总数。

(2)站内管线损失率：注水站内注水泵出口至 站内汇管的阀门、管线中的阻力损失与注水泵机组 输入能量之和的比值。计算公式

：

为(&«＞厂 ) X G”

eSP= ---------；----------------xlOO% ( 5 )3.6乞陷”

1=1式中：站内管线损失率，

%;

Gp—注水泵流量，m"/h o

1.3.2注水系统体系

整体系统能耗评价指标(1 )

注水管线损失率：

注水泵机组输出能量与

机组输入能量的比值。计算公式：

工(&0UB -Gs,)-工(甩 xG*J-工[(片冋 iRouJxGw,] / y- \

片= -------------—— ------旦---------------------------x 100% ( 6

)

3.6NsYSin

式中：£p—注水管线损失率，%;Psour—注水站出口折算压力，MPa；Pwz—注水井井口折算压力，MPa；Pvinz—

配水间来水折算压力，MPa；

Gw—注水井井口流量，m3/h；

甩业一配水间管压折算值；Nsvsin—注水系统输人能量，

kW；