注水系統(tǒng)效率測試方法及提升方法研究

1、 注水系統(tǒng)效率測試方法及提升方法研究 摘 要作者在2015年1-9月份完成了25站次的系統(tǒng)效率測試分析，重點針對S廠銅莊、歐北、王龍莊、天95、秦3等注水站開展了系統(tǒng)效率提升相關(guān)措施，主要的措施有變頻器參數(shù)調(diào)整、注水泵排量改小、注水泵運行時段調(diào)整、注水管網(wǎng)沿程損失控制、降低部分單井注水壓力等。采取措施實施后，S廠系統(tǒng)效率由2015年年初的43.7%，提升至目前的47.4%，上升了3.7%。單位注水能耗由2015年年初的8.45KWh/m3，下降至項目實施后的7.56KWh/m3。通過實際能耗測算對比，S廠能耗1-12月份節(jié)約18.94萬KWh。關(guān)鍵詞：注水，系統(tǒng)效率，測試，節(jié)能1 概況1.1

2、生產(chǎn)情況截止到2015年8月底，S廠共有注水站17座，注水泵27臺，均為柱塞式往復(fù)泵，總裝機(jī)容量1659KW，設(shè)計注水能力117.57×104m3/a，實際注水量水平37.8×104m3/a（含回填11.8×104m3/a）。表1 S廠主要注水站及生產(chǎn)情況注水站注水泵型號裝機(jī)功率注水量KW（m3/a）銅莊3S100-9/2575*27.85朱莊3S125A-6.5/32、3S125A-5.1/3275*23.1天835S125A-8/32、3S125A-5.1/32160+755歐北3S125A-16/20、3S125A-13/25110+757.4王龍莊3S10

3、0-6/25 、3S100-4.4/25、3S125-13.1/25、3S125-13.1/2555+37+110+1100.9陽63S125A-8.9/2575*21.9天953S100-5.1/32552另外，有秦3、歐莊、潘莊、花園、桃4、程6、關(guān)11、天33、王14、天92等10座零散區(qū)塊注水站。1.2 注水系統(tǒng)效率狀況2010年至2014年，注水站由9座增加至17座，注水井由43口增加到68口，注水量由33.7×104m3增加到38.6×104m3。 2014年較2010年增加注水耗電19.4×104KWh。注水單耗和注水標(biāo)耗基本平穩(wěn)，注水系統(tǒng)效率由59

4、.3%下降到46.4%。表2 2010-2014年間注水系統(tǒng)效率變化情況年份總井?dāng)?shù)開井?dāng)?shù)平均井口注水壓力平均單井日注水平年注水量注水耗電井口水質(zhì)達(dá)標(biāo)率注水系統(tǒng)效率耗電量注水單耗注水標(biāo)耗口口MPam3/d104m3104kw·hkw·h/m3kw·h/Mpa·m3%2010433513.728.433.7461212.666.30.4571.459.32011494114.422.534.2286213.146.230.4378.550.42012554613.522.234.6025215.736.230.4674.843.62013595613.617

5、.635.8401225.536.290.4673.849.62014686412.612.138.6346232.056.010.4876.846.42 影響注水系統(tǒng)效率原因分析對影響注水系統(tǒng)效率的原因分析是開展系統(tǒng)效率提升工作的重點。從2014年3月以來，開展了大量的系統(tǒng)效率測試和分析工作，發(fā)現(xiàn)和掌握了影響S廠注水系統(tǒng)效率的幾個關(guān)鍵因素：2.1 大馬拉小車現(xiàn)場普遍，泵機(jī)組自身損耗大。2015年上半年，S廠主要注水站在用注水泵總裝機(jī)容量約為868.5KW，而實際運行時功率合計約為337.23KW，平均負(fù)載率為38.82%。大馬拉小車現(xiàn)象較為突出的注水站有王龍莊、秦3等注水站，負(fù)載率僅為22%

6、、15%。造成大馬拉小車現(xiàn)象突出的原因有：（1）注水泵排量選型偏大，所匹配的動力設(shè)備功率較大；（2）部分注水區(qū)塊注水壓力不高，注水用能偏低。大馬拉小車現(xiàn)象突出，造成泵機(jī)組自身損耗大，如王龍莊達(dá)到34%，秦3達(dá)到23%。2.2 泵排量偏大導(dǎo)致部分注水站打回流。泵排量偏大也是大馬拉小車的一種表現(xiàn)形式，主要原因是泵的額定排量較實際注水量嚴(yán)重偏大，泵需要通過變頻、改小甚至打回流等方式滿足實際注水需要。S廠在此方面主要表現(xiàn)在：（1）打回流現(xiàn)場仍然較突出。目前S廠存在打回流的注水站有：王龍莊、秦3、關(guān)7、程6、桃4等。打回流是一種直接浪費系統(tǒng)能耗的方式，可以用下面的公式（公式1-1）表達(dá)： （1-1）通過

7、實測數(shù)據(jù)分析，由于打回流浪費的能耗為420KWh/d。（2）全廠注水泵運行頻率普遍偏低，僅為33.56HZ。部分甚至低于極限頻率30HZ，如陽6、王龍莊、銅莊等。根據(jù)注水開發(fā)需要，一旦部分低頻率運行的站需要進(jìn)一步下調(diào)注水量，將不得不采用打回流運行。（3）盡管部分站采用柱塞改小措施，但仍然滿足不了杜絕打回流的需要。如王龍莊、秦3、桃4、關(guān)7等。即使改小后注水泵額定排量由23.7下降到13.5m3/h，仍超過實際需要2.87m3/h。2.3 大部分站管網(wǎng)損失大，節(jié)流現(xiàn)象突出通過系統(tǒng)效率檢測分析發(fā)現(xiàn)，管網(wǎng)損失是注水系統(tǒng)能量浪費最大的方面。全廠主要注水站平均管網(wǎng)損失約占總系統(tǒng)能耗的28%，其中管損較高

8、的有歐北（0.49）、天95（0.42）、銅莊（0.42）、朱莊1#（0.38）。管網(wǎng)損失的高低受到地質(zhì)、工藝和管理等方面的制約。（1）地質(zhì)方面。一個注水系統(tǒng)中注水井注水壓力差距較大，為了滿足高壓井的注水需要，低壓注水井的泵壓相對偏高，造成節(jié)流損失較大。如天95、朱莊1#；（2）工藝方面。地面管網(wǎng)及調(diào)配流程工藝特點也是一個重要的方面，一般情況下簡單的流程管網(wǎng)損失較小，復(fù)雜的容易形成更多的管網(wǎng)損失。如歐北站的兩級配水間配水+單井大量回填，無形中要求有較高的泵壓來滿足最遠(yuǎn)端的單井注水。（3）管理方面。多分支單井恒流配注工藝對管理方面的要求較高，若管理不善，會造成注水系統(tǒng)管網(wǎng)損失大幅增加。如銅莊站、

9、陽6、天95，現(xiàn)場配水常常采用配水間、井口閘門、恒流配水器三級配水，形成三級節(jié)流，管網(wǎng)損失大大增加。2.4 部分注水泵排液效率偏低，工況較差。注水泵排液效率反應(yīng)了注水泵的工況水平，排液效率損失與系統(tǒng)耗能的損失成正比。影響泵效高低的主要原因有：（1）閥組內(nèi)漏；（2）盤根刺漏；（3）進(jìn)液管線不暢或供液不足。經(jīng)過測算，全廠注水泵排液效率為84%，泵外漏或內(nèi)漏現(xiàn)場較為普遍。另外，桃4、朱莊1#2#進(jìn)液不暢現(xiàn)象較突出，其中桃4因為進(jìn)液不暢造成的損失大約占整個系統(tǒng)能耗到54%。2.5 計量器具不準(zhǔn)導(dǎo)致測試誤差大。計量器具的準(zhǔn)確性不僅是精細(xì)注水的基礎(chǔ)，也是開展注水系統(tǒng)效率測試和影響因素分析得基礎(chǔ)，若計量器具

10、不準(zhǔn)則會導(dǎo)致重要的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，最終導(dǎo)致系統(tǒng)效率測試結(jié)果嚴(yán)重失真。如：2014年王龍莊注水站單井流量計老化嚴(yán)重，誤差較大，系統(tǒng)效率測試數(shù)據(jù)顯示管網(wǎng)損失高達(dá)54%，至2015年5月更換新流量計后，測試結(jié)果顯示管網(wǎng)損失立即下降25%。3 主要措施開展情況及成效3.1 開展系統(tǒng)效率測試和分析工作系統(tǒng)效率測試是開展系統(tǒng)效率分析的前提，是挖掘提升潛力的基礎(chǔ)，貫徹于整個過程中，系統(tǒng)效率測試方法的研究、測試、分析工作為開展系統(tǒng)效率提升的首要工作開展。作者在查閱大量的文獻(xiàn)、資料的基礎(chǔ)上研究、摸索，逐步掌握了三種計算方法，并在注水系統(tǒng)效率測試過程中進(jìn)行嘗試和驗證，最終總結(jié)出適合零散區(qū)塊的系統(tǒng)效率測算和分析方法-節(jié)點

11、能量平衡計算方法1。3.1.1 “標(biāo)準(zhǔn)”方法。即采用SY/T5265標(biāo)準(zhǔn)中的系統(tǒng)效率計算方法，該方法將注水系統(tǒng)分為電機(jī)、機(jī)組、管網(wǎng)三個子部分，分別計算三個子系統(tǒng)的效率，其各測點示意圖如下：圖1 SY/T5265注水系統(tǒng)效率測點示意圖標(biāo)準(zhǔn)SY/T5265中規(guī)定的注水系統(tǒng)效率由電動機(jī)效率、泵效和管網(wǎng)效率組成，即：（3-1）公式3-1左側(cè)為注水系統(tǒng)效率（%），右側(cè)分別為電機(jī)平均效率（%）、注水泵機(jī)組平均效率（%）、注水管網(wǎng)效率（%）。3.1.2 能量平衡計算方法2這是一種簡化系統(tǒng)計算過程的方法，最早在勝利油田應(yīng)用。此方法重新建立了能量平衡模型，如下：圖2 注水系統(tǒng)能源平衡模型通過建立注水系統(tǒng)的能量平

12、衡模型，得出左邊的系統(tǒng)效率計算公式，將中間的過程省略，大大簡化了系統(tǒng)效率的計算。計算公式如下： （3-2）經(jīng)過驗證，采用標(biāo)準(zhǔn)方法和勝利方法所計算的結(jié)果十分的接近。因此，在項目開展過程中均采用勝利方法計算，并采用標(biāo)準(zhǔn)方法驗證，提高計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。3.1.3 節(jié)點能量平衡計算方法本方法考慮了用能的全過程，將電動機(jī)、注水泵和注水管網(wǎng)三大系統(tǒng)調(diào)整為變頻器、機(jī)泵組合、注水管網(wǎng)。重新組合后，各能量的流入流出可以通過實測或計算獲得，從而獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。各節(jié)點能源平衡模型見下圖：圖3 注水系統(tǒng)各節(jié)點能源平衡模型此方法的優(yōu)點有：1）能計算各類損耗，方便對比分析；2）由于計算方法的不同，能夠修正一定的流量誤

13、差。從而與其它方法對比，發(fā)現(xiàn)出計量誤差問題； 3）在計算過程中完成節(jié)點分析，提高了工作效率。從2015年2月開始，項目小組完成了25臺次有效的系統(tǒng)效率測試，重點針對銅莊、朱莊、歐北等12座注水站，規(guī)模較大的站全覆蓋。計算結(jié)果顯示，采用標(biāo)準(zhǔn)SY/T5265計算方法和能量平衡計算方法計算的結(jié)果差距較小，而采用節(jié)點能量平衡計算方法所得的結(jié)果與前兩者差別較大，截取部分輪次測算數(shù)據(jù)如下：表3 三種方法計算系統(tǒng)效率結(jié)果對比表項目單位秦3站關(guān)7站天33站天92站朱莊站（高壓）朱莊站（低壓）銅莊站頻率Hz31.5832.534.340.1133.355033.8總輸入（Pe）KW10.611.414.213.

14、5631.54845.5變頻損耗率（SR變頻）%32.0823.6812.6824.7812.385.4218.68機(jī)組損耗率（SR機(jī)組）%23.0716.0717.8319.1715.8518.3311.87管網(wǎng)效率（n）%98.0085.5882.5594.7160.3888.0156.00系統(tǒng)效率SY/T5265計算方法%32.0751.6958.5564.6870.7657.4839.50能量平衡法%31.2051.2457.6063.5571.2957.3239.32節(jié)點能量平衡法%43.9651.5657.3653.0843.3367.1238.89從上表可以看出，關(guān)7站、天33站

15、、銅莊站的計算結(jié)果差距不大，而其它站差距較大，最高接近30%。分析發(fā)現(xiàn)，有以下主要原因?qū)е鹿?jié)點能量平衡法與常規(guī)方法差距較大：（1）測錄參數(shù)誤差較大。（2）泵頭外漏或閥組內(nèi)漏。（3）注水泵打回流影響。3.2 注水泵系統(tǒng)效率提升方法研究與實施3.2.1 開展注水泵改小措施，解決部分站打回流現(xiàn)象針對部分站打回流嚴(yán)重的現(xiàn)象，對注水泵采取改小措施，主要通過換注水泵頭柱塞、更換皮帶輪等方式開展。全廠目前有7臺注水泵實施了改造，其中2014年至今開展了6臺次，情況如下表4：表4 2014年注水泵柱塞調(diào)整情況統(tǒng)計序號注水站注水泵措施泵編號型號柱塞直徑mm理論排量m3/h實際注水量m3/h泵壓MPa工作頻率Hz

16、方案1秦313S100-4.6/32364.61.32030換小柱塞（2m3/d）2王龍莊站13S125A-13.1/254813.15.411633.4換小柱塞（7m3/h）3歐北站23S125A-10/2548109.7915換大柱塞,泵壓20MP4花園站13S100-3.6/32-T383.60.831727.85換小柱塞（2m3/h）5天92站13S75-3/253030.429.530柱塞已2m3/h，更換皮帶輪6關(guān)7-5站13S75-3/323030.832033.92換小柱塞（2m3/h）通過上面的改造，注水泵排量下降10.3m3/h，大大減少打回流量。3.2.2 開展注水站運行

17、時間調(diào)整，減小注水泵能耗針對部分注水站連續(xù)運行仍然打回流的現(xiàn)象，在滿足地質(zhì)要求的前提下，對以下注水站開展了調(diào)整注水運行時間，實施間斷注水，充分利用谷電，起到節(jié)能減費的目的。實施情況及效果見下表5：表5 2014年注水泵柱塞調(diào)整情況統(tǒng)計注水站名稱注水泵型號注水量（m3/d)注水井號注水泵電機(jī)功率(KW)實際運行功率（KW）原注水時間(h)調(diào)整后停注時間段（避峰就谷）減少注水時間(h)減少功耗(KWh/d)王40 3S75-3.2/2515王1430142418：00次日12：0018252關(guān)11 3S50-1.5/3510關(guān)11-118.58248：0022：0014112程莊3S100-4.6

18、/2510程6-1455249：0021：00126020程6-5249：0021：001215程1-2249：0021：0012王龍莊3S125A-13.1/2550王10、王8-111024249：0012：0017：00-20：006144合計568通過以上的調(diào)整，節(jié)省注水能耗約568KWh/d，節(jié)省運行費用約625元/天。3.2.3 開展注水管網(wǎng)損失下調(diào)工作通過系統(tǒng)效率測試工作的開展，發(fā)現(xiàn)采用多分支恒流配水系統(tǒng)或采取多級配注流程的注水系統(tǒng)管網(wǎng)損耗相對較大。因此重點開展了針對此類地面工藝的調(diào)整工作，部分站注水泵壓下降明顯。（1）多分支恒流配水系統(tǒng)調(diào)整方面多分支恒流配水系統(tǒng)在我廠應(yīng)用較多，

19、如：陽6、銅莊、天95、桃4、程6、秦3等注水系統(tǒng)。在開展系統(tǒng)效率測試過程中發(fā)現(xiàn)銅莊、秦3、天95等注水系統(tǒng)存在節(jié)流現(xiàn)象突出的問題，重點對其開展了系統(tǒng)調(diào)整，實施效果見下表6：表6 銅莊等注水站地面調(diào)配系統(tǒng)調(diào)整后變化情況項目銅莊秦3天95調(diào)前泵壓19.518.325.54調(diào)前系統(tǒng)效率0.390.250.45調(diào)后泵壓13.313.531.62調(diào)后系統(tǒng)效率0.450.380.4取得的成效系統(tǒng)效率提升滿足高壓井注水（2）多級調(diào)配流程調(diào)整方面S廠目前采用多級調(diào)配流程的注水系統(tǒng)主要是歐北站注水系統(tǒng)。2015年針對歐北注水系統(tǒng)開展系統(tǒng)效率測試三輪次，所測管網(wǎng)損失分別為0.55、0.54、0.49。通過開展系

20、統(tǒng)調(diào)配調(diào)整工作，使管網(wǎng)損失下降0.06。3.2.4 開展注水井防膨試驗，降低區(qū)塊注水泵壓降低注水區(qū)塊注水泵壓是降低注水能耗的重要途徑，在部分注水井間壓差大的區(qū)塊，能起到降低注水管損的作用。針對關(guān)7注水站泵壓持續(xù)上升的問題，2014年9月18日在關(guān)7-5井開展二次防膨處理工作。實施前注水泵壓呈逐漸上升態(tài)勢，最高泵壓24MPa，實施后泵壓穩(wěn)定在21-22MPa，滿足了區(qū)塊注水需要，同時降低了系統(tǒng)能耗。實施前后關(guān)7注水站生產(chǎn)曲線變化如下圖4：圖4 實施前后關(guān)7注水站生產(chǎn)曲線變化3.2.5 加強(qiáng)基礎(chǔ)管理，提升注水泵泵效和計量準(zhǔn)確率通過開展注水系統(tǒng)效率測試，能及時發(fā)現(xiàn)了注水泵泵效低、流量計不準(zhǔn)等問題，及

21、時反饋問題，跟蹤問題整改，強(qiáng)化了基礎(chǔ)管理工作的提升。以及開展地面工程改造，提高了注水泵效和流量計量計量準(zhǔn)確率。（1）泵效提升方面開展系統(tǒng)效率測試初期，共測試8臺次，平均泵效僅為0.78。其中天83站僅為0.51，歐北、天95、秦3等站泵效在0.61-0.65水平。隨著系統(tǒng)測試工作的開展，對存在泵效不足的設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)定位后，中期測試顯示平均泵效上升至0.93，后期測試顯示平均泵效上升至0.97。反映出泵液力端工況良好。（2）計量準(zhǔn)確性提升方面一是及時反饋測試中反應(yīng)的流量不準(zhǔn)的問題，天83、朱莊、銅莊等注水站流量計量準(zhǔn)確性提升。節(jié)點分析法和標(biāo)準(zhǔn)方法計算出的系統(tǒng)效率差距縮小至±0.1以內(nèi)；二是加強(qiáng)單井井口流量計的校驗工作，并指導(dǎo)流量計的維護(hù)；三是對王龍莊配水間實施改造，解決王龍莊單井計量不準(zhǔn)的問題。4 結(jié)論與認(rèn)識 （1）開展系統(tǒng)效率測試是有效提升注水系統(tǒng)效率的前提。系統(tǒng)效率的分析和研究