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)效率提升相關措施，主要的措施有變頻器參數調整、注水泵排量改小、注水泵運行時段調整、注水管網沿程損失控制、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。關鍵詞：注水，系統(tǒng)效率，測試，節(jié)能1 概況1.1

2、生產情況截止到2015年8月底，S廠共有注水站17座，注水泵27臺，均為柱塞式往復泵，總裝機容量1659KW，設計注水能力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情況注水站注水泵型號裝機功率注水量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數開井數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達標率注水系統(tǒng)效率耗電量注水單耗注水標耗口口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)現和掌握了影響S廠注水系統(tǒng)效率的幾個關鍵因素：2.1 大馬拉小車現場普遍，泵機組自身損耗大。2015年上半年，S廠主要注水站在用注水泵總裝機容量約為868.5KW，而實際運行時功率合計約為337.23KW，平均負載率為38.82%。大馬拉小車現象較為突出的注水站有王龍莊、秦3等注水站，負載率僅為22%

6、、15%。造成大馬拉小車現象突出的原因有：（1）注水泵排量選型偏大，所匹配的動力設備功率較大；（2）部分注水區(qū)塊注水壓力不高，注水用能偏低。大馬拉小車現象突出，造成泵機組自身損耗大，如王龍莊達到34%，秦3達到23%。2.2 泵排量偏大導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形式，主要原因是泵的額定排量較實際注水量嚴重偏大，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在：（1）打回流現場仍然較突出。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： （1-1）通過

7、實測數據分析，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。根據注水開發(fā)需要，一旦部分低頻率運行的站需要進一步下調注水量，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 大部分站管網損失大，節(jié)流現象突出通過系統(tǒng)效率檢測分析發(fā)現，管網損失是注水系統(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）。管網損失的高低受到地質、工藝和管理等方面的制約。（1）地質方面。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。地面管網及調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損失較小，復雜的容易形成更多的管網損失。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)管網損失大幅增加。如銅莊站、

9、陽6、天95，現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）閥組內漏；（2）盤根刺漏；（3）進液管線不暢或供液不足。經過測算，全廠注水泵排液效率為84%，泵外漏或內漏現場較為普遍。另外，桃4、朱莊1#2#進液不暢現象較突出，其中桃4因為進液不暢造成的損失大約占整個系統(tǒng)能耗到54%。2.5 計量器具不準導致測試誤差大。計量器具的準確性不僅是精細注水的基礎，也是開展注水系統(tǒng)效率測試和影響因素分析得基礎，若計量器具

10、不準則會導致重要的數據不準，最終導致系統(tǒng)效率測試結果嚴重失真。如：2014年王龍莊注水站單井流量計老化嚴重，誤差較大，系統(tǒng)效率測試數據顯示管網損失高達54%，至2015年5月更換新流量計后，測試結果顯示管網損失立即下降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，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、資料的基礎上研究、摸索，逐步掌握了三種計算方法，并在注水系統(tǒng)效率測試過程中進行嘗試和驗證，最終總結出適合零散區(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 “標準”方法。即采用SY/T5265標準中的系統(tǒng)效率計算方法，該方法將注水系統(tǒng)分為電機、機組、管網三個子部分，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)效率測點示意圖標準SY/T5265中規(guī)定的注水系統(tǒng)效率由電動機效率、泵效和管網效率組成，即：（3-1）公式3-1左側為注水系統(tǒng)效率（%），右側分別為電機平均效率（%）、注水泵機組平均效率（%）、注水管網效率（%）。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）經過驗證，采用標準方法和勝利方法所計算的結果十分的接近。因此，在項目開展過程中均采用勝利方法計算，并采用標準方法驗證，提高計算結果的準確性。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、注水泵和注水管網三大系統(tǒng)調整為變頻器、機泵組合、注水管網。重新組合后，各能量的流入流出可以通過實測或計算獲得，從而獲得更加準確的數據。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。計算結果顯示，采用標準SY/T5265計算方法和能量平衡計算方法計算的結果差距較小，而采用節(jié)點能量平衡計算方法所得的結果與前兩者差別較大，截取部分輪次測算數據如下：表3 三種方法計算系統(tǒng)效率結果對比表項目單位秦3站關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機組損耗率（SR機組）%23.0716.0717.8319.1715.8518.3311.87管網效率（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7站、天33站

15、、銅莊站的計算結果差距不大，而其它站差距較大，最高接近30%。分析發(fā)現，有以下主要原因導致節(jié)點能量平衡法與常規(guī)方法差距較大：（1）測錄參數誤差較大。（2）泵頭外漏或閥組內漏。（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象針對部分站打回流嚴重的現象，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象，在滿足地質要求的前提下，對以下注水站開展了調整注水運行時間，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功率(KW)實際運行功率（KW）原注水時間(h)調整后停注時間段（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11 3S50-1.5/3510關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 開展注水管網損失下調工作通過系統(tǒng)效率測試工作的開展，發(fā)現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)管網損耗相對較大。因此重點開展了針對此類地面工藝的調整工作，部分站注水泵壓下降明顯。（1）多分支恒流配水系統(tǒng)調整方面多分支恒流配水系統(tǒng)在我廠應用較多，

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)現銅莊、秦3、天95等注水系統(tǒng)存在節(jié)流現象突出的問題，重點對其開展了系統(tǒng)調整，實施效果見下表6：表6 銅莊等注水站地面調配系統(tǒng)調整后變化情況項目銅莊秦3天95調前泵壓19.518.325.54調前系統(tǒng)效率0.390.250.45調后泵壓13.313.531.62調后系統(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）多級調配流程調整方面S廠目前采用多級調配流程的注水系統(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，所測管網損失分別為0.55、0.54、0.49。通過開展系

20、統(tǒng)調配調整工作，使管網損失下降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7注水站泵壓持續(xù)上升的問題，2014年9月18日在關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7注水站生產曲線變化如下圖4：圖4 實施前后關7注水站生產曲線變化3.2.5 加強基礎管理，提升注水泵泵效和計量準確率通過開展注水系統(tǒng)效率測試，能及時發(fā)現了注水泵泵效低、流量計不準等問題，及

21、時反饋問題，跟蹤問題整改，強化了基礎管理工作的提升。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備進行精準定位后，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）計量準確性提升方面一是及時反饋測試中反應的流量不準的問題，天83、朱莊、銅莊等注水站流量計量準確性提升。節(jié)點分析法和標準方法計算出的系統(tǒng)效率差距縮小至±0.1以內；二是加強單井井口流量計的校驗工作，并指導流量計的維護；三是對王龍莊配水間實施改造，解決王龍莊單井計量不準的問題。4 結論與認識 （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