劉書孟 苗寶林 婁志東 齊廣明 孫冰 孫鳳鳴

（大慶油田有限責任公司第二采油廠）

油田同一注水系統(tǒng)中的注水井往往分屬不同的開發(fā)層系，因地質(zhì)構(gòu)造不同，不同層系注水井吸水壓力存在差異。在注水生產(chǎn)中，為保證吸水壓力高的注水井完成配注量，注水泵壓力以滿足高壓井注水為條件，而對于系統(tǒng)中吸水壓力低的注水井用閘門控制注水量，節(jié)流損失很大，增加了注水系統(tǒng)能耗。為此，應(yīng)用多種技術(shù)和管理措施，以提高注水泵效率及注水管網(wǎng)效率[1]，主要包括分壓注水[2-4]，注水泵換泵芯[5-6]、變頻調(diào)速[7-8]以及調(diào)整注水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)[9]等。由于油田開發(fā)動態(tài)調(diào)整和注水需求變化，導致注水系統(tǒng)運行條件相應(yīng)改變，需要開展油田注水系統(tǒng)能耗評價與輔助決策技術(shù)研究，分析注水系統(tǒng)能耗狀況和節(jié)能潛力，制定有針對性技術(shù)管理措施，優(yōu)化生產(chǎn)運行，降低注水能耗。

1 技術(shù)開發(fā)架構(gòu)

分析油田注水工藝流程，依據(jù)能量平衡方法研究建立不同注水環(huán)節(jié)能量平衡模型，給出合理的能耗分析與評價指標，采用軟件工程學方法研制油田注水系統(tǒng)能耗分析與評價軟件系統(tǒng)。

1.1 建立注水系統(tǒng)能耗平衡模型

根據(jù)注水工藝流程，依據(jù)能量平衡原理建立注水系統(tǒng)（從注水站至注水井井口閥注水系統(tǒng)，不包括井下部分）能量平衡分析模型見圖1，進而確定相應(yīng)能耗評價及分析指標見表1。

表1 能耗評價及分析指標明細Tab.1 List of energy consumption evaluation and analysis indicators

圖1 注水系統(tǒng)能量平衡模型Fig.1 Energy balance model of water injection system

能量平衡方程為：

式中：Ed為輸入電動機能量，kWh；Ebw為注水泵入口水流帶入能量，kWh；Eu為經(jīng)過注水管網(wǎng)的注入水帶走能量，kWh；Egs為管網(wǎng)損失能量，包括管線和注水閥組損失能量，kWh；Eds為電動機損失能量，kWh；Ebs為水泵損失能量，kWh。

1.2 空間數(shù)據(jù)模型

1）在空間數(shù)據(jù)模型中直觀展示注水站、注水井、注入站、注劑井、配水間、注水管線、注劑管線的空間分布狀況，動態(tài)展示指定坐標點處空間要素的靜態(tài)信息和動態(tài)信息。

2）空間數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、存儲方式。確定油田數(shù)據(jù)庫參與計算的數(shù)據(jù)視圖，通過關(guān)鍵字段建立空間數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)存儲到本地數(shù)據(jù)庫。

3）生產(chǎn)數(shù)據(jù)描述與對比分析內(nèi)容。按年度、月度、日期對比曲線，查詢選項包括全廠、所屬作業(yè)區(qū)、所屬注水站、水質(zhì)、泵號（井號）、開始日期、結(jié)束日期、統(tǒng)計方式（按年、月、日），進行同比或環(huán)比分析，查詢結(jié)果形成用曲線形式展示。

4）注水能耗評價。對注水泵機組、注水站、作業(yè)區(qū)和全廠注水系統(tǒng)能耗情況進行計算，并依據(jù)評價指標和標準進行評價，對結(jié)果進行分析與提示。

5）輔助決策。開展注水站機泵運行方案和參數(shù)優(yōu)化、壓降潛力分析、注水井隸屬關(guān)系分析等工作，找出系統(tǒng)用能存在的薄弱環(huán)節(jié)和挖潛方向，推薦注水系統(tǒng)運行方案。

2 系統(tǒng)主要功能

2.1 系統(tǒng)簡介

油田注水系統(tǒng)能耗分析與輔助決策系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)構(gòu)架分為五層：數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層、表現(xiàn)層和用戶層。該系統(tǒng)能夠充分利用油田數(shù)據(jù)庫資源，并與ArcGIS、Excel等應(yīng)用軟件有機結(jié)合，實現(xiàn)圖形與靜態(tài)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)的交互操作、注水系統(tǒng)能耗分析與評價、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、報表輸出等多種功能。

2.2 注水系統(tǒng)能耗評價

應(yīng)用GDI+繪圖技術(shù)，可以實現(xiàn)效率統(tǒng)計柱狀圖、注水站能損分布圖、注水系統(tǒng)能耗分布圖、注水系統(tǒng)能量構(gòu)成圖等圖形。提供直觀的能耗分布情況展示方式，為準確掌握注水系統(tǒng)能耗分布情況，輔助科學決策提供依據(jù)。

2.3 注水系統(tǒng)運行方案輔助決策技術(shù)

1）首先通過生產(chǎn)曲線廣泛查詢，發(fā)現(xiàn)某一參數(shù)異常。曲線顯示數(shù)據(jù)偏高。利用能耗模型進行能耗計算。發(fā)現(xiàn)當日該站4#注水泵效率為62.45%，未達到節(jié)能限定值（≥68%）標準。導致和泵運行工況段差注水泵單耗偏高。

2）對該站注水量，執(zhí)行開泵方案最優(yōu)化選取。注水站最優(yōu)化機泵運行方案。選擇注水站名稱，然后根據(jù)日期范圍或者水量波動范圍，按照站出口壓力從小到大進行排序，列出符合條件的泵執(zhí)行開關(guān)方案。

機泵參數(shù)優(yōu)化?？梢赃x擇注水站名稱和注水泵編號，計算出該機泵對應(yīng)的各種參數(shù)方案。計算結(jié)果按照標耗[10]從小到大進行排列，可以將結(jié)果導出。

對該站的3種優(yōu)化開泵方案，分別標出站出口壓力、泵水量、單耗、標耗，為管理人員做出最終處理提供依據(jù)。根據(jù)優(yōu)化數(shù)據(jù)，在該水量范圍內(nèi)，建議運行1#泵，停運4#泵，單耗可降低0.66 kWh/m3，日節(jié)電4 219 kWh。

3 應(yīng)用情況

應(yīng)用該軟件系統(tǒng)對注水系統(tǒng)生產(chǎn)運行狀況進行分析，發(fā)現(xiàn)部分注水站泵管壓差偏大、泵效偏低、泵水單耗偏高，導致機組效率或節(jié)流損失率未達到節(jié)能標準要求，提出對注水站的注水泵按不同水質(zhì)管網(wǎng)進行優(yōu)化，平衡管網(wǎng)壓力，通過減少注水泵運行臺數(shù)和運行低耗高效注水泵實現(xiàn)注水泵優(yōu)化運行的決策建議。實施的調(diào)整措施包括：對5座注水站在注水量保持基本穩(wěn)定的情況下優(yōu)化開泵方案；同時，針對區(qū)域管網(wǎng)水量波動情況，對3座注水站進行臨時性調(diào)整和季節(jié)性調(diào)整。注水站優(yōu)化運行調(diào)整措施情況見表2。

表2 注水站優(yōu)化運行調(diào)整措施情況Tab.2 Statistical table of adjustment measures for optimal operation of water injection station

5座注水站開展機泵優(yōu)化運行調(diào)整，節(jié)電128.31×104kWh，3座注水站通過臨時性調(diào)整、夏季停注工作，進行注水管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整，節(jié)電384.06×104kWh。實施期間，節(jié)電量合計512.37×104kWh。

4 結(jié)論

1）通過全面分析油田注水系統(tǒng)能耗評價與輔助決策技術(shù)需求，確定了空間數(shù)據(jù)模型等相關(guān)結(jié)構(gòu)和能耗評價模型，開發(fā)系統(tǒng)功能模塊，形成了油田注水系統(tǒng)能耗評價與輔助決策技術(shù)。

2）依托生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可對整個注水系統(tǒng)進行全方位能耗評價，對重要數(shù)據(jù)進行動態(tài)展示，進行同比和環(huán)比分析，分析注水站優(yōu)化運行方案，為注水生產(chǎn)精細化管理及評估決策提供依據(jù)。

3）油田注水系統(tǒng)能耗分析和輔助決策系統(tǒng)與油田數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)共享，支持外部數(shù)據(jù)導入和內(nèi)部數(shù)據(jù)導出，方便數(shù)據(jù)交換，提高了數(shù)據(jù)時效性和可靠性，具有較好推廣應(yīng)用前景。