梁晶馬建國呂亳龍（.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；.中國石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)分公司）

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油田注水系統(tǒng)能耗指標及其影響因素分析

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（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國石油天然氣股份有限公司勘探與生產(chǎn)分公司）

油田注水系統(tǒng)是油田生產(chǎn)系統(tǒng)的用電大戶，也是油田節(jié)電的主要潛力系統(tǒng)；因此，對注水系統(tǒng)的用能評價工作至關(guān)重要。目前常用的注水系統(tǒng)用能評價指標有注水系統(tǒng)效率及注水系統(tǒng)用電單耗等。通過對油田注水系統(tǒng)常用能耗指標的分析、對比，選取適用的能耗評價指標，并對影響指標的因素進行定性、定量的分析，得出影響因素與指標之間的關(guān)系，可作為分析、提出注水系統(tǒng)評價指標值的依據(jù)。

注水系統(tǒng)；能耗指標；影響因素

1　現(xiàn)狀

油田注水系統(tǒng)主要由電動機、注水泵、注水泵出口流量調(diào)節(jié)閥、注水管網(wǎng)、井口及注水井等構(gòu)成，除了注入地層的有效能量外，注水系統(tǒng)能量要消耗在電動機、注水泵、調(diào)節(jié)閥、管網(wǎng)和井口各處，由此構(gòu)成了注水系統(tǒng)的總能耗。

油田注水系統(tǒng)主要以注水泵電動機的電能消耗為主，是各生產(chǎn)系統(tǒng)中耗電量最多的能耗系統(tǒng)之一[1]。以中國石油2011—2014年注水系統(tǒng)耗電量及注水量變化情況為例，中國石油各油田注水系統(tǒng)注水量及耗電量均呈明顯的上升趨勢，隨著注水量的逐年增長，注水系統(tǒng)耗電量也逐年增加。注水系統(tǒng)為油田主要的耗電生產(chǎn)系統(tǒng)，耗電量占到油田耗電量的30%～40%。

為了更好的評價油田各生產(chǎn)系統(tǒng)用能水平，2010年以來，油氣田企業(yè)積極開展能效對標工作。經(jīng)過幾年的對標實踐，各單位在能效對標方面均積累了一定的經(jīng)驗，能耗指標得到了有效控制，用能水平不斷提高。

然而，多年以來，對于油氣田能耗指標的研究多停留在對指標本身的研究，很少考慮不同類型油氣田、不同生產(chǎn)工藝等對指標的影響；因此，為實現(xiàn)油氣田能耗研究指標的合理性、可比性，為客觀評價油氣田用能水平、節(jié)能工作提供依據(jù)，需要開展油氣田各生產(chǎn)系統(tǒng)能耗指標研究。注水系統(tǒng)作為油氣田主要的耗電系統(tǒng)，開展其能耗指標研究也是非常必要的。

2　能耗指標及影響因素

2.1注水系統(tǒng)效率

注水系統(tǒng)效率指標是一個綜合的效率指標，不能通過檢測直接得出，而是通過泵機組效率、管網(wǎng)效率等的綜合計算得出。

1）泵效率及泵機組效率的高低直接影響注水系統(tǒng)的效率，是計算注水系統(tǒng)效率的主要指標。其中：

泵效率：泵的有效功率與泵軸功率的比值。

電動機效率：電動機實際輸出功率與輸入功率的比值。

泵機組效率：泵效率與電動機效率的乘積。

注水系統(tǒng)效率：注水系統(tǒng)范圍內(nèi)有效功率與輸入功率的比值。具體由注水電動機平均運行效率、注水泵平均運行效率和注水管網(wǎng)運行效率3部分組成。

由以上分析可知，注水系統(tǒng)效率綜合反映了這個注水系統(tǒng)的運行情況，綜合考慮了泵、電動機和管網(wǎng)效率的影響。

2）注水系統(tǒng)效率指標存在的特點及存在問題。注水系統(tǒng)效率是評價注水系統(tǒng)能耗的重要指標，能夠直接反映注水系統(tǒng)用能水平。獲取指標值的前提是精確測定注水系統(tǒng)泵機組效率及管網(wǎng)效率等數(shù)據(jù)，在實際計算及應用中存在以下問題：通常油田采用定期抽查的方式測定注水系統(tǒng)泵設備的效率，做不到及時、全面，且得出的數(shù)據(jù)受當時設備的運行情況影響，不能準確反映設備運行的平均水平。泵機組效率、管網(wǎng)效率很難做到全面準確的檢測，導致注水系統(tǒng)效率無法準確測定。對泵機組效率、功率因數(shù)等指標的檢測都是在某一特定時間進行，結(jié)果僅對檢測時的運行工況負責，不能準確反映一段較長時間內(nèi)的實際運行情況，檢測項目時間和空間上的不對等，導致不能準確計算系統(tǒng)效率，影響指標評判的準確性。此外，注水泵機組效率、功率因數(shù)、節(jié)流損失率均可以通過技術(shù)提升、參數(shù)優(yōu)化等手段進行調(diào)整，使指標數(shù)值短期內(nèi)達到要求的標準，并不適合作為一個評判注水系統(tǒng)長期能耗水平的評價標準[2]。

2.2注水系統(tǒng)用電單耗

1）注水系統(tǒng)用電單耗是衡量注水系統(tǒng)能耗水平的另一個重要指標。其值為一定時間內(nèi)的耗電量與總注水量的比值。

以中國石油2011—2014年油田注水系統(tǒng)單耗數(shù)據(jù)分析可得，各主要油田在注水量及耗電量逐步增長的前提下，注水系統(tǒng)單耗基本保持穩(wěn)定，由于注水系統(tǒng)單耗為耗電量與注水量的比值，說明近4年來，注水系統(tǒng)的耗電量及注水量基本保持相同的增長趨勢及幅度。注水系統(tǒng)單耗指標能較好地評判注水系統(tǒng)的用能狀況，能夠反映注水系統(tǒng)在任意時間段內(nèi)的用能水平。

2）注水系統(tǒng)用電單耗指標的特點。注水系統(tǒng)用電單耗直接反映了注水系統(tǒng)的用能情況；計算所需的數(shù)據(jù)均是常規(guī)檢測項目（耗電量和注水量），通過對中國石油各油田及總體情況數(shù)據(jù)分析可得，注水系統(tǒng)用電單耗指標的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高，在充分考慮影響因素并進行修正后的可比性較強；因此，相比注水系統(tǒng)效率更適合作為注水系統(tǒng)用能水平的評價指標。

3）注水系統(tǒng)用電單耗指標的影響因素。從注水系統(tǒng)注水單耗指標的計算公式中可以看出，影響指標大小的因素為耗電量和注水量，而耗電量的多少又取決于注水量的大小、注水壓力、泵等設備及管網(wǎng)的運行情況等；因此，可將影響注水系統(tǒng)注水單耗指標的因素可以分為地層因素、設備因素和管網(wǎng)因素3類，如圖1所示。

其中，主觀因素包括設備因素和管網(wǎng)因素，即注水泵運行效率、電動機運行效率、管網(wǎng)運行效率、注水管網(wǎng)工藝等；客觀因素包括地層因素，即注水壓力、注水量。

圖1　注水系統(tǒng)影響因素

注水泵運行效率反映了注水泵對電動機轉(zhuǎn)化的機械能的利用率。在其他條件相同的前提下，注水泵運行效率越高，泵作的有用功越多，所需要的能量越少，注水系統(tǒng)單耗越低。

電動機運行效率與注水泵運行效率相似，反映的是電動機消耗的電能與轉(zhuǎn)換成機械動能的能力，顯然，在其他條件相同的前提下，電動機效率越高，供給泵的有用機械能越多，消耗的電量越少，注水系統(tǒng)單耗越低。

管網(wǎng)運行效率的高低取決于泵管的匹配度，管網(wǎng)的壓降、節(jié)流等因素。在其他條件相同的前提下，管網(wǎng)運行效率越高，注水過程中的能量損失越少，注水系統(tǒng)單耗水平低。

注水管網(wǎng)工藝作為一個主觀因素，更多的是在注水系統(tǒng)設計階段考慮的，合理的注水管網(wǎng)工藝可以提高注水系統(tǒng)泵管的匹配程度，降低注水系統(tǒng)不必要的能量損失，從而提高整個注水系統(tǒng)的效率，降低注水系統(tǒng)單耗水平。

注水壓力反映地層所需要的能量?？陀^反映了整個注水系統(tǒng)需要提供的能量，所有注水系統(tǒng)建設、運行、優(yōu)化的前提都必須滿足注水壓力的需求。

注水量的大小直接影響注水系統(tǒng)的規(guī)模，從而影響了注水系統(tǒng)的能耗。理論上，注水量越大，注水系統(tǒng)整體能耗越高，同時會對注水系統(tǒng)單耗產(chǎn)生影響，而且注水量的大小也反映地層的實際需求水。

綜上分析，對于注水系統(tǒng)注水單耗指標來說，重點研究的客觀因素為注水壓力和注水量，其他主觀因素可用作分析注水系統(tǒng)單耗高低的原因和改進方向。

在確定了注水壓力和注水量為研究的主要客觀影響因素的前提下，繼續(xù)分析2個因素是否存在相互關(guān)聯(lián)，能否進一步的簡化。對于一個注水站來說，在評價注水站的單耗時，應考慮每1口單井的注水壓力和注水量對指標的影響，最終得到一個確定的單耗值。而在計算1個站的井口壓力時，由于注水量不同，不能用井口壓力的平均值，因此，可用注水量作為權(quán)數(shù)，對井口壓力進行加權(quán)平均計算，得到井口平均注水壓力。

綜上，影響注水系統(tǒng)注水單耗指標的因素，可歸結(jié)為井口平均注水壓力，在影響因素的定量分析中，可直接采用單因素分析法進行研究。

3　井口平均注水壓力與注水系統(tǒng)用電單耗指標之間的關(guān)系

通過對中國石油各個油田的796組數(shù)據(jù)的分析，可以得到反映中國石油油田注水系統(tǒng)井口平均注水壓力與注水用電單耗之間關(guān)系的散點圖，如圖2。

圖2　井口平均注水壓力與注水單耗關(guān)系

通過散點圖可以看出，注水系統(tǒng)用電單耗指標隨著井口平均注水壓力的升高有上升的趨勢，但關(guān)系并不明確，需要進一步分析。

對數(shù)據(jù)進行分類：每5 MPa一個壓力區(qū)間對數(shù)據(jù)進行分析整理，如圖3所示。

從圖3可以看出，在對每5 MPa井口平均注水壓力數(shù)據(jù)進行重新篩選計算后，可得到一條線性關(guān)系很強的函數(shù)圖象，可以說明井口平均注水壓力與注水系統(tǒng)注水單耗之間存在著明確的線性關(guān)系。

圖3　井口平均注水壓力與注水單耗關(guān)系

4　結(jié)論

相比注水系統(tǒng)效率，注水系統(tǒng)用電單耗指標更能直接反映注水系統(tǒng)用能水平，且計算方便，應用簡單；注水系統(tǒng)用電單耗作為研究指標時，客觀影響因素可只考慮注水系統(tǒng)井口平均注水壓力，二者有很強的線性關(guān)系。

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.016

2015-12-28

（編輯 杜麗華）

梁晶，工程師，2011年畢業(yè)于中國石油大學（北京）（油氣儲運工程專業(yè)），從事油田節(jié)能降耗方面的研究工作，E-mail:jing.liang@petrochina.com.cn，地址：北京市海淀區(qū)志新西路3號中國石油規(guī)劃總院，100083。

[1]王蘭靈.注水系統(tǒng)節(jié)能挖掘措施[J].油氣田地面工程，2007，26（2）：29-30.

[2]別鋒鋒.油田注水系統(tǒng)規(guī)劃優(yōu)劃研究[D].大慶：大慶石油學院，2004.