阮巖，程為彬，羅海龍，張達億

西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西西安 710065

不同油藏區(qū)塊注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)體系的構(gòu)建

阮巖*，程為彬，羅海龍，張達億

西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西西安 710065

針對目前油田注水系統(tǒng)缺少地下系統(tǒng)能耗評價指標(biāo)，且地上系統(tǒng)能耗指標(biāo)不完善的問題，從不同油藏類型、區(qū)塊注水效果角度提出了注水地下系統(tǒng)的能耗評價指標(biāo)。研究了主要的儲層參數(shù)滲透率、孔隙度、飽和壓力、地層水礦化度等與地面注水系統(tǒng)重要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)單耗的關(guān)系，綜合了地面注水和油藏注水與采收效果評價體系，以注水能耗替代注水量，實現(xiàn)油田開采效益最大化；新增了站效、管網(wǎng)能量利用率為注水地上系統(tǒng)的能耗標(biāo)桿指標(biāo)。從而建立了完整的地上地下注水系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系，綜合評價了整個注水系統(tǒng)的能耗現(xiàn)狀。為衡量注水系統(tǒng)能耗狀態(tài)提供了具體完整的標(biāo)桿指標(biāo)。

油田注水；油藏類型；區(qū)塊；能耗指標(biāo)；體系構(gòu)建

阮巖，程為彬，羅海龍，等.不同油藏區(qū)塊注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)體系的構(gòu)建[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，38(5)：129134.

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引言

油田注水系統(tǒng)龐大，水源經(jīng)注水泵站、輸水管網(wǎng)，達到井口，再配注進入油藏地層，過程中能量損失環(huán)節(jié)較多[1]，如泵站、閥門、管線、井口等，其中井口及以下主要依賴地質(zhì)工藝要求來設(shè)定具體注入?yún)?shù)，井口以上是常規(guī)的地面注水系統(tǒng)[2]，那么如何評價整個注水系統(tǒng)的能耗狀況，建立衡量注水系統(tǒng)的能耗標(biāo)桿指標(biāo)呢？目前注水地面系統(tǒng)各項指標(biāo)評價依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》[3]等，如注水泵機組效率、注水管線損失率、地上注水系統(tǒng)能量利用率等指標(biāo)，這些指標(biāo)是否合理完善呢？地下注水系統(tǒng)目前國內(nèi)外還沒有任何評價指標(biāo)，整個注水系統(tǒng)也沒有評價指標(biāo)。那么能否根據(jù)不同油藏類型、區(qū)塊建立注水系統(tǒng)能耗標(biāo)桿指標(biāo)呢？以中國石化2015年注水大調(diào)查所測56個注水系統(tǒng)數(shù)據(jù)為依據(jù)，作一些相關(guān)的研究。

1 注水地下系統(tǒng)能耗指標(biāo)的建立

1.1 以不同油藏類型來劃分

注水大調(diào)查所測56個注水系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分為地面數(shù)據(jù)和地下數(shù)據(jù)兩大部分，地下這些儲層參數(shù)與不同的油藏類型之間是沒有內(nèi)在聯(lián)系的[4]，這在油田開發(fā)領(lǐng)域已有結(jié)論。那么這些主要的儲層參數(shù)[5]，如滲透率、孔隙度、飽和壓力、地層水礦化度等與地面注水系統(tǒng)重要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)單耗是否有關(guān)系呢？以標(biāo)準(zhǔn)單耗為橫坐標(biāo)，以平均空氣滲透率、平均孔喉半徑、飽和壓力、地層水總礦化度共4個參數(shù)分別為縱坐標(biāo)，進行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果如圖1～圖4所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)單耗與平均空氣滲透率關(guān)系圖Fig.1Correlation between unit energy consumption and average air permeability

圖2 標(biāo)準(zhǔn)單耗與平均孔喉半徑關(guān)系圖Fig.2Correlation between unit energy consumption and average throat radius

圖3 標(biāo)準(zhǔn)單耗與飽和壓力關(guān)系圖Fig.3Correlation between unit energy consumption and saturation pressure

圖4 標(biāo)準(zhǔn)單耗與地層水總礦化度關(guān)系圖Fig.4Correlation between unit energy consumption and formation water salinity

圖1表明，斷塊類型的油藏平均空氣滲透率偏低，數(shù)據(jù)集中在4 000 mD以下，注水標(biāo)準(zhǔn)單耗較高，數(shù)據(jù)集中在0.6～0.8(kW·h)/(m3·MPa)；低滲透與巖性類型的油藏平均空氣滲透率非常小，數(shù)據(jù)集中在坐標(biāo)零附近，其標(biāo)準(zhǔn)單耗數(shù)據(jù)集中在0.4～0.6(kW·h)/(m3·MPa)；整裝類型的油藏平均空氣滲透率除了個別數(shù)據(jù)較高外，大部分?jǐn)?shù)據(jù)也集中在4 000 mD以下，其注水標(biāo)準(zhǔn)單耗適中，數(shù)據(jù)集中在0.6(kW·h)/(m3·MPa)。

圖2表明，斷塊類型的油藏平均孔喉半徑大部分?jǐn)?shù)據(jù)偏低，數(shù)據(jù)集中在20 μm以下，其標(biāo)準(zhǔn)單耗大部分?jǐn)?shù)據(jù)偏高；低滲透油藏的平均孔喉半徑除了個別數(shù)據(jù)偏高外，大部分?jǐn)?shù)據(jù)偏低，數(shù)據(jù)集中在10 μm以下，其標(biāo)準(zhǔn)單耗也偏低；整裝類型的油藏平均孔喉半徑大部分?jǐn)?shù)據(jù)集中在20 μm以下，標(biāo)準(zhǔn)單耗適中；巖性類型的油藏平均孔喉半徑數(shù)據(jù)集中在20 μm以下，標(biāo)準(zhǔn)單耗適中。

由圖3可以看出，斷塊類型的油藏飽和壓力數(shù)據(jù)集中在20 MPa以下，其標(biāo)準(zhǔn)單耗大部分?jǐn)?shù)據(jù)偏高；低滲透油藏的飽和壓力數(shù)據(jù)集中在10 MPa以下，其標(biāo)準(zhǔn)單耗也偏低；整裝類型的油藏飽和壓力大部分?jǐn)?shù)據(jù)集中在12 MPa以下，標(biāo)準(zhǔn)單耗適中；巖性類型的油藏飽和壓力和標(biāo)準(zhǔn)單耗數(shù)據(jù)較分散，沒有明顯特征。

圖4表明，斷塊類型的油藏地層水總礦化度數(shù)據(jù)集中在100 000 mg/L以下，其標(biāo)準(zhǔn)單耗數(shù)據(jù)較分散；低滲透、整裝類型油藏的地層水總礦化度除了個別數(shù)據(jù)偏高外，大部分?jǐn)?shù)據(jù)集中在100 000 mg/L以下，低滲透油藏其標(biāo)準(zhǔn)單耗偏低，數(shù)據(jù)集中在0.4～0.6(kW·h)/(m3·MPa)，整裝油藏標(biāo)準(zhǔn)單耗數(shù)據(jù)集中在0.6(kW·h)/(m3·MPa)左右；巖性類型的油藏地層水總礦化度與標(biāo)準(zhǔn)單耗數(shù)據(jù)較分散，無法確定出明顯的變化趨勢及其規(guī)律。

那么無論什么樣油藏類型，對注水系統(tǒng)來說，對接的就是注水井井口的壓力與流量。而井口壓力與原始地層壓力、井底流動壓力有關(guān)[6]，也與地層的滲透率等有關(guān)[7]。流量是根據(jù)注采平衡原理[8]，在采油井日產(chǎn)油量確定后，便可確定注水井的日注水量[9]。那么能否用井口的壓力與流量找到與地面注水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)單耗的關(guān)系呢？以標(biāo)準(zhǔn)單耗為橫坐標(biāo)，以井口壓力、總注水量兩個參數(shù)分別為縱坐標(biāo)，進行數(shù)據(jù)分析，如圖5、圖6所示。

圖5表明，斷塊類型的油藏總注水量數(shù)據(jù)集中在800 m3/h以下，注水標(biāo)準(zhǔn)單耗較高，大部分?jǐn)?shù)據(jù)集中在0.6～0.8(kW·h)/(m3·MPa)；低滲透類型的油藏總注水量除了個別數(shù)據(jù)較高外，大部分?jǐn)?shù)據(jù)集中在坐標(biāo)零附近，其標(biāo)準(zhǔn)單耗數(shù)據(jù)集中在0.4～0.6(kW·h)/(m3·MPa)；整裝類型的油藏總注水量數(shù)據(jù)集中在1 000 m3/h以下，其注水標(biāo)準(zhǔn)單耗適中；巖性類型的油藏總注水量數(shù)據(jù)非常小，在坐標(biāo)零附近，注水標(biāo)準(zhǔn)單耗大部分?jǐn)?shù)據(jù)集中在0.4～0.6(kW·h)/(m3·MPa)。

圖6表明，斷塊類型的油藏單井井口壓力數(shù)據(jù)集中在10 MPa左右，注水標(biāo)準(zhǔn)單耗較高，數(shù)據(jù)集中在0.6～0.8(kW·h)/(m3·MPa)；低滲透、巖性、整裝類型的油藏單井井口壓力數(shù)據(jù)較分散，沒有明顯特征，標(biāo)準(zhǔn)單耗數(shù)據(jù)都集中在0.4～0.6(kW·h)/(m3·MPa)。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)單耗與總注水量關(guān)系圖Fig.5Correlation between unit energy consumption and total water injection quantity

圖6 標(biāo)準(zhǔn)單耗與單井井口壓力關(guān)系圖Fig.6Correlation between unit energy consumption and single wellhead pressure

根據(jù)目前的測試數(shù)據(jù)，從以上這個幾個方面分析，發(fā)現(xiàn)不同的油藏類型的地下主要儲層參數(shù)、注水井井口的壓力、流量與注水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)單耗之間有一定的特征，但變化規(guī)律不明顯，且有些一個注水系統(tǒng)可能會有多個油藏類型，給研究帶來一定困難。

建議以能量利用率作為地下注水系統(tǒng)的能耗指標(biāo)。根據(jù)井口的壓力、流量，計算出輸入井口的能量，同理，計算出地下所獲得的能量值，但目前，地下水的壓力、流量值還沒有做過測試，需要做地下開發(fā)方面工作的合作，獲得此數(shù)據(jù)，以此可得出地下注水系統(tǒng)的能量利用率，根據(jù)大量的數(shù)據(jù)分析，才能考慮建立能耗標(biāo)桿指標(biāo)。這里還需要考慮井的年限長短、井深等因素。地下情況復(fù)雜，可能還有多方因素需要考慮。

1.2 以不同油田區(qū)塊來劃分

油田區(qū)塊的油氣采收率主要與油藏的滲透率和黏度有關(guān)[10—11]，目前的油田區(qū)塊注水評價體系主要有[1—2]：(1)穩(wěn)產(chǎn)狀況及趨勢評價；(2)分層動用狀況評價；(3)有效注水狀況評價；(4)井網(wǎng)適應(yīng)性評價；(5)水驅(qū)采收率評價等。

其中有效注水評價包括：(1)耗水量(累積注入比(累積注水量/累積采油量)；(2)累積水油比(累積采水量/累積采油量)；(3)存水率(累積存水量/累積注水量)；(4)相同注入倍數(shù)下采收率；(5)水油置換系數(shù)等。

耗水量從采出角度評價注入水的利用狀況，存水率從注入角度評價注入水的有效利用，二者統(tǒng)一，互為補充，互為驗證。而相同注入倍數(shù)下采收率和水油置換系數(shù)著重從油氣采收量角度考慮[1—2]。

此前，尚沒有一個評價油田區(qū)塊注水系統(tǒng)的能耗標(biāo)桿指標(biāo)。提出以油田區(qū)塊注水系統(tǒng)的能耗為標(biāo)桿指標(biāo)，目的是從整體油田區(qū)塊角度實現(xiàn)油田開采效益最大化，要用盡可能少的注水能耗獲得最大的油氣采收量[1—3]。

這里綜合地面注水和油藏注水與采收效果評價體系，以注水能耗替代注水量，從油藏區(qū)塊注水效果角度提出幾個能耗評價指標(biāo)：

(1)累積注入能耗比

式中：C—累積注入能耗比，×10-4(kW·h)/t；

W—1累積注入水的能耗，kW·h；

Q—0累積采油量，×104t；

Q—1累積注入水量，×104m3；

W—累積耗電量，kW·h；

q—累積注入比，×10-4m3/t；

D—H總注水單耗，(kW·h)/m3。

式(1)把注水單耗與油藏注水評價指標(biāo)直接聯(lián)系起來了。

(2)累積水油能耗比

式中：C1—累積水油能耗比，×10-4(kW·h)/t；

W2—累積采出水能耗，kW·h；

Qp—累積采水量，×104m3；

q1—累積水油比，×10-4m3/t。

對累積采出水的能耗進行計算，需要建立、定義新的參數(shù)，同時納入系統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行處理。

(3)存水能耗

式中：DH2存水能耗，(kW·h)/m3；W4累積存水能耗，kW·h；DH1采水單耗，(kW·h)/m3。(4)存水能效

式中：E—存水能效，×104m3(/kW·h)；

Q2—累積存水量，×104m3。

(5)同注入能耗下的油藏采出程度

采用統(tǒng)計法，建立采出程度與注水能耗的關(guān)系。

2 注水地面系統(tǒng)能耗指標(biāo)的完善

從注水單耗的測試數(shù)據(jù)來源分析，主要影響因素為注水泵的效率、注水管網(wǎng)的損失率、系統(tǒng)效率等地面參數(shù)[1—4]，且地面系統(tǒng)可觀、可測、可控[1—5]。

目前注水地面系統(tǒng)指標(biāo)評價不夠完善，管網(wǎng)部分沒有具體的能耗評價指標(biāo)[1—6]，系統(tǒng)效率是按泵的類型來劃分的，略顯粗略和不妥。

2.1 管網(wǎng)能耗指標(biāo)

對于管網(wǎng)的能耗指標(biāo)，根據(jù)勝利油田此次大調(diào)查測量數(shù)據(jù)分析，可以計算出管網(wǎng)部分的能量利用率[1—6]，發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)部分的能量損耗與泵的類型無關(guān)。建議可以用管網(wǎng)部分的能量利用率來建立標(biāo)桿[1—7]。

對油田478項測試數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理分析：

(1)原始數(shù)據(jù)給出的額定排量都是總泵數(shù)的額定排量，但所需數(shù)據(jù)中的額定排量應(yīng)為開泵數(shù)的額定排量。因此，該項數(shù)據(jù)需要重新獲取。首先進行了估算，但發(fā)現(xiàn)誤差較大，隨后根據(jù)油田的注水調(diào)查表中的各個注水站泵的運行情況和額定排量，逐一統(tǒng)計出了各個注水站的開泵數(shù)的額定排量。為后續(xù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計的準(zhǔn)確性奠定了基礎(chǔ)。

(2)根據(jù)油田的注水大調(diào)查表中的數(shù)據(jù)，將各數(shù)據(jù)的站效補齊，并將各油田所有數(shù)據(jù)中的站效與機組效率逐一比對，對于個別站效高于機組效率的數(shù)據(jù)進行了核實修正，將測試數(shù)據(jù)不完整的系統(tǒng)予以剔除。

所剩470項數(shù)據(jù)分別按不同條件分析比對，按照泵的額定排量Q將其進行劃分，分別用4種方法劃分，數(shù)據(jù)有3個特征：

(1)Q＜100 m3的數(shù)據(jù)量較大；

(2)Q＜100 m3與100 m3≤Q＜250 m3數(shù)據(jù)段管網(wǎng)損失率限定值相同；

(3)管網(wǎng)損失率限定值與節(jié)能評價值，都是中間數(shù)據(jù)大兩頭數(shù)據(jù)小。

通過上述分析提出管網(wǎng)能量利用率具體的標(biāo)桿指標(biāo)。

將管網(wǎng)能量利用率的監(jiān)測劃分為節(jié)能、合格、改造、需要更換管線4段，當(dāng)其數(shù)值大于70%時為節(jié)能狀態(tài)，在60%～70%為合格，50%～60%時管線需要改造，當(dāng)數(shù)值小于50%時需要更換管線。并可按年限、注水半徑再進一步細化各指標(biāo)。

2.2 泵站評價指標(biāo)

泵站現(xiàn)有的評價指標(biāo)為泵站的機組效率，而對整個泵站系統(tǒng)沒有評價指標(biāo)，建議將現(xiàn)有指標(biāo)修訂為站效較為合理。

站效的劃分方法與管網(wǎng)損失率的方法基本相同，對數(shù)據(jù)處理分析后，發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)特征是：

(1)往復(fù)泵的數(shù)據(jù)量較大；

(2)250 m3≤Q＜400 m3與Q≥400 m3數(shù)據(jù)段離心泵的限定值與節(jié)能評價值較接近。

站效按離心泵和往復(fù)泵兩種分類，對于離心泵站，采用額定排量250 m3、500 m3為分隔點。對于往復(fù)泵站而言，額定排量基本在100 m3以內(nèi)，因此采用額定排量50 m3為分隔點即可。

有了管網(wǎng)的評價指標(biāo)再加上泵站站效的評價指標(biāo)，最后綜合考慮地面注水系統(tǒng)的效率。這樣整個注水地面系統(tǒng)的評價指標(biāo)就應(yīng)該比較合理完善了。

3 結(jié)語

(1)不同油藏類型的儲層參數(shù)、注水井井口的壓力、流量與注水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)單耗之間有一定的關(guān)系，在綜合地面注水、油藏注水與采收效果評價體系的基礎(chǔ)上，以注水能耗替代注水量的思路，從油藏區(qū)塊注水效果角度提出了能耗評價指標(biāo)。

(2)將管網(wǎng)能量利用率的監(jiān)測劃分為節(jié)能、合格、改造、更換管線4段，當(dāng)其數(shù)值大于70%時為節(jié)能狀態(tài)，在60%～70%為合格，50%～60%時管線需要改造，當(dāng)數(shù)值小于50%時需要更換管線。并可按年限、注水半徑再進一步細化各指標(biāo)。

(3)站效按離心泵和往復(fù)泵兩種分類，對于離心泵站，采用額定排量250 m3、500 m3為分隔點。對于往復(fù)泵站，采用額定排量50 m3為分隔點即可。

(4)注水系統(tǒng)能耗指標(biāo)體系的建立，有利于綜合評價了整個注水系統(tǒng)的能耗。為油田的精細生產(chǎn)、節(jié)能降耗提供了理論和技術(shù)指導(dǎo)。

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LIANGGuangchuan，ZHAOJinzhou，ZHENGYunping，et al.Research of oil field ground water injection system programming techniqiue[J].Journal of Southwest Petroleum Institute，2002，24(6)：7884.

阮巖，1966年生，女，漢族，湖北大冶人，講師，碩士，主要從事油田注水系統(tǒng)方面的研究工作。E-mail：1439315078@qq.com

程為彬，1970年生，男，安徽池州人，教授，博士，主要從事石油儀器及其智能化等方面的研究工作。E-mail：1305256706@qq.com

羅海龍，1992年生，男，漢族，陜西寶雞人，碩士研究生，主要從事導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制等方面的研究工作。E-mail：814504484@qq.com

張達億，1992年生，男，漢族，廣西北海人，碩士研究生，主要從事導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制等方面的研究工作。E-mail：465985243@qq.com

編輯：王旭東

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Establishment of Energy Consumption Index on Water Injection System in Different Reservoir Type Block

RUAN Yan*，CHENG Weibin，LUO Hailong，ZHANG Dayi
School of Electronic Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an，Shaanxi 710065，China

In order to solve problems including lack of underground system energy consumption index on oil field water injection system and deficient over ground system energy consumption index，this article puts forward the energy consumption index of underground water injection system according to water injection effectiveness in different reservoir types and blocks. Major Reservoir parameters including permeability，porosity，saturation pressure，formation water salinity were analyzed to find relationships with essential standard unit energy consumption parameters on ground water injection system as well as the pressure and quantity of flow on wellhead.The research synthesizes the effectiveness assessment systems of ground water injection and reservoir water inject and recovery；oil field exploration profit is maximized with water injection energy consumption substituting water injection quantity.By adding station effectiveness and pipe network energy efficiency as energy consumption index on ground water injection system，a completed ground and underground water injection assessment index were established.Such index assists to evaluate the energy consumption of the whole water injection system and provides guidance for evaluating energy consumption condition of water injection system.

water injection；reservoir type；block；energy consumption index；system construction

10.11885/j.issn.16745086.2016.07.03.01

16745086(2016)05012906

TE357

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20161014.0949.002.html

20160703

時間：20161014

阮巖，E-mail：1439315078@qq.com

中國石油科技創(chuàng)新基金(2015D 50060307)；陜西省科技攻關(guān)計劃(2016GY 059)。