莊建全 彭中 張海軍 宋奇 彭太祥 羅江濤

（1.中國石化江蘇油田分公司石油工程技術(shù)研究院；2.中國石化江蘇油田分公司采油二廠）

注水開發(fā)已成為油田低成本開發(fā)、提高采收率的重要手段之一。但受地層物性參數(shù)差異化及區(qū)塊滾動(dòng)開發(fā)的影響，同一管網(wǎng)內(nèi)注水井注入壓力高低不等，甚至差異性較大。為滿足整個(gè)注水管網(wǎng)壓力需求，目前一般有兩種做法：在注水泵站以注水井最高注水壓力進(jìn)行輸水，這種做法簡(jiǎn)便、初期投入低，但造成低壓井節(jié)流能量浪費(fèi)，注水管網(wǎng)效率低下；為滿足個(gè)別高壓井（層）的注水要求，在管網(wǎng)壓力基礎(chǔ)之上增加增壓注水工藝，滿足高壓注水需求，這種做法可以從注水泵站以較低壓力進(jìn)行輸水，降低了低壓井的節(jié)流能量損失，提高整體管網(wǎng)效率，但需進(jìn)行管網(wǎng)改造，對(duì)高壓井建立增壓站，投入較高[1-3]。而液壓式分壓節(jié)能技術(shù)在滿足高壓井注水需求和提高注水管網(wǎng)效率的同時(shí)，又降低了管網(wǎng)總體建設(shè)成本，對(duì)油田降本增效具有積極的意義。

1 液壓式分壓注水節(jié)能技術(shù)

液壓式分壓注水節(jié)能技術(shù)是一種通過將注水管網(wǎng)中低壓井壓力節(jié)流所損失的能量轉(zhuǎn)化為高壓井注水所需能量，降低注水管網(wǎng)干壓，達(dá)到能量充分利用，提高注水管網(wǎng)效率的技術(shù)。

其依靠管網(wǎng)來水壓力，采用分壓壓力缸對(duì)部分管網(wǎng)來水做功，實(shí)現(xiàn)高低壓井能量轉(zhuǎn)換，輸出高、低壓兩種壓力等級(jí)的水流，以滿足高壓、低壓井的注水要求[4-6]。水動(dòng)力液和高壓、低壓水之間采用活塞密封隔離和交換能量，整個(gè)裝置為密閉結(jié)構(gòu)，避免常規(guī)柱塞泵柱塞與外界的密封問題，不會(huì)出現(xiàn)注入水的泄漏，提高了分壓注水裝置的容積效率，并且徹底解決了常規(guī)增壓泵頻繁更換盤根的問題，避免了油田污水對(duì)油區(qū)環(huán)境的污染。同時(shí)該技術(shù)還具有投資低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)（圖1）。

液壓式分壓注水泵的工作原理是通過分壓壓力缸活塞面積的大小實(shí)現(xiàn)注水壓力的轉(zhuǎn)換，其公式如下：

式中：P——壓力；

S——塞面積。液壓式分壓注水泵包括管網(wǎng)待分壓壓力水源、過濾器、雙作用液壓分壓缸、單向閥組，以及由液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)并與換向閥連接的位置反饋式換向裝置，如圖1所示。

由圖1可知，液壓動(dòng)力源提供的壓力油經(jīng)換向閥進(jìn)入分壓缸液壓左腔室C，推動(dòng)活塞及活塞桿組左行，分壓缸液壓右腔室D的油液經(jīng)換向閥回油箱。管網(wǎng)干壓P壓力水經(jīng)過濾器換向閥進(jìn)入分壓缸無桿腔的右腔室B，分壓缸左腔室E內(nèi)的水流被增壓后，通過單向閥4進(jìn)入高壓出口管線。分壓缸無桿腔的左腔室A內(nèi)水流通過換向閥進(jìn)入低壓管線。

當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到最左端時(shí)，觸動(dòng)感應(yīng)器6反饋至換向閥組11、12而換向。此時(shí)管線來水進(jìn)入分壓缸無桿腔的左腔室A，推動(dòng)活塞及活塞桿組右行，分壓缸無桿腔的右腔室B內(nèi)的水流經(jīng)插裝式換向閥組11進(jìn)入低壓管線并注入低壓井（層）。部分管線來水經(jīng)調(diào)節(jié)閥9、部分低壓水經(jīng)單向閥10，經(jīng)單向閥3進(jìn)入分壓缸左腔室E，分壓缸右腔室F的高壓水流經(jīng)單向閥2進(jìn)入高壓管線并注入高壓井（層）。此時(shí)液壓動(dòng)力液進(jìn)入分壓缸液壓右腔室D，輔助推動(dòng)活塞及活塞桿組右行，分壓缸液壓左腔室C的油液經(jīng)換向閥12回油箱。

圖1 液壓式分壓注水泵的工作原理

當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到最右端時(shí)，觸動(dòng)感應(yīng)器5反饋至換向閥組11、12而換向，完成該泵一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)。

2 Y3站注水管網(wǎng)現(xiàn)狀

Y3站配水間共有13口注水井（表1），日配注水量為475 m3。注水井（層）地層壓力差異大，最高注入壓力為22.8 MPa，最低注入壓力為2.0 MPa，難以合理配置注水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低能耗注水。

表1 Y3站配水間注水現(xiàn)狀

在所轄的13口注水井中，注水壓力大于17.5 MPa的有4口井，配注水量為170 m3/d；注入壓力小于13.2 MPa的有5口井，配注水量為140 m3/d；其余4口井的注入壓力為15.6～17.5 MPa，配注水量為165 m3/d。

3 Y3站注水管網(wǎng)節(jié)能改造及效果分析

3.1 注水管網(wǎng)效率計(jì)算方法

在油田實(shí)際生產(chǎn)中，油田注水管網(wǎng)效率計(jì)算方法行業(yè)普遍采用公式（2）計(jì)算。該方法能快速有效計(jì)算注水管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況[7]。

式中：εpυ——注水管網(wǎng)效率，%；

Ppout——注水泵出口壓力，MPa；

PVout——注水井井口閥后壓力，MPa；

P0——基準(zhǔn)壓力，MPa；

Gp——注水泵流量，MPa；

Gw——注水井流量，MPa；

n——注水泵數(shù)量；

m——注水井?dāng)?shù)量。

通過式(2)可以看出，在注水井井口壓力不變的條件下，降低注水泵出口壓力Ppout（即降低干線壓力），可以有效提高注水管網(wǎng)效率，達(dá)到節(jié)能的目的。

因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，注水井注水壓力差異性較大的注水管網(wǎng)，在滿足注水井配注水量要求的前提下，降低注水干線壓力是提高注水管網(wǎng)效率、節(jié)能降耗的有效方法之一。

3.2 注水管網(wǎng)節(jié)能改造

由于現(xiàn)有管網(wǎng)中，Y10-3（注入壓力17.1 MPa）與Y10-4（注入壓力2.0 MPa）、Y10-5（注入壓力15.6 MPa）與Y10-6（注入壓力12.2 MPa）分別共用一條支管線，從成本考慮，不對(duì)該兩條支管線進(jìn)行改造。

采用液壓式分壓注水技術(shù)，將注水站泵壓作適當(dāng)降低，使配水間干壓降至17.5 MPa，滿足4口中壓井（15.6～17.5 MPa）及Y10-4、Y10-6的注入要求。分壓注水裝置將干壓為17.5 MPa的來水升壓為23 MPa的高壓水流，滿足4口高壓井的注水壓力；分壓注水裝置低壓出口壓力為13.2 MPa，滿足3口低壓井的注入要求（表2）。

表2 Y3站液壓分壓注水改造方案

分壓節(jié)能裝置將干壓17.5 MPa的來水增壓至23 MPa，所需的功率為10 821.76 W；分壓注水裝置低壓出口壓力為13.2 MPa，余下的功率為4 230.32 W。采用液壓式分壓注水技術(shù)，需要增加6.591 kW的動(dòng)力才能滿足高壓井的注水要求。按液壓式分壓注水裝置效能的65%計(jì)算，Y3站液壓式分壓注水技術(shù)改造中的配套電動(dòng)機(jī)動(dòng)力消耗為10.14 kW，實(shí)際配套電動(dòng)機(jī)功率可選用11 kW。

3.3 液壓式分壓節(jié)能改造效果分析

Y3站日配注水量為475 m3，改造前配水間干壓總功率為126.45 kW，注水有功功率為89.1 kW，總能量利用率只有70.47%；采用液壓式分壓注水技術(shù)實(shí)施分壓改造后，配水間干線壓力降低至17.5 MPa，干壓總功率降為96.2 kW，增加的液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力消耗為10.14 kW，兩者合計(jì)為106.34 kW；與改造前相比較，實(shí)際減小的功率為20.11 kW，總能量利用率提高至83.79%，管網(wǎng)效率提高了13.32個(gè)百分點(diǎn)。按照一年330天有效注水計(jì)算，實(shí)施Y3站注水管網(wǎng)分壓改造后，年節(jié)約用電159 271.2 kWh；按0.681 9元/kWh電計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)10.86萬元。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況來看，節(jié)能效果明顯。

4 結(jié)論

（1）液壓式分壓技術(shù)作為油田分壓注水的一個(gè)發(fā)展方向，其通過分壓壓力缸活塞面積的大小實(shí)現(xiàn)注水壓力的轉(zhuǎn)換，能將低壓井節(jié)流能量轉(zhuǎn)化為高壓井注水能量。此技術(shù)具有管網(wǎng)改造小、投資低、占地面積小等特點(diǎn)，適合管網(wǎng)改造投入大、場(chǎng)地受限等站點(diǎn)應(yīng)用。

（2）通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，有效解決了Y3站點(diǎn)分壓注水難題，管網(wǎng)效率由70.47%上升到83.79%，提高了13.32%，年節(jié)電約15.9×104kWh，達(dá)到了較好的節(jié)能降耗目的。