注水系统效率测试方法及提升方法研究

1、 注水系统效率测试方法及提升方法研究 摘 要作者在2015年1-9月份完成了25站次的系统效率测试分析，重点针对S厂铜庄、欧北、王龙庄、天95、秦3等注水站开展了系统效率提升相关措施，主要的措施有变频器参数调整、注水泵排量改小、注水泵运行时段调整、注水管网沿程损失控制、降低部分单井注水压力等。采取措施实施后，S厂系统效率由2015年年初的43.7%，提升至目前的47.4%，上升了3.7%。单位注水能耗由2015年年初的8.45KWh/m3，下降至项目实施后的7.56KWh/m3。通过实际能耗测算对比，S厂能耗1-12月份节约18.94万KWh。关键词：注水，系统效率，测试，节能1 概况1.1

2、生产情况截止到2015年8月底，S厂共有注水站17座，注水泵27台，均为柱塞式往复泵，总装机容量1659KW，设计注水能力117.57×104m3/a，实际注水量水平37.8×104m3/a（含回填11.8×104m3/a）。表1 S厂主要注水站及生产情况注水站注水泵型号装机功率注水量KW（m3/a）铜庄3S100-9/2575*27.85朱庄3S125A-6.5/32、3S125A-5.1/3275*23.1天835S125A-8/32、3S125A-5.1/32160+755欧北3S125A-16/20、3S125A-13/25110+757.4王龙庄3S10

3、0-6/25 、3S100-4.4/25、3S125-13.1/25、3S125-13.1/2555+37+110+1100.9阳63S125A-8.9/2575*21.9天953S100-5.1/32552另外，有秦3、欧庄、潘庄、花园、桃4、程6、关11、天33、王14、天92等10座零散区块注水站。1.2 注水系统效率状况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年较2010年增加注水耗电19.4×104KWh。注水单耗和注水标耗基本平稳，注水系统效率由59

4、.3%下降到46.4%。表2 2010-2014年间注水系统效率变化情况年份总井数开井数平均井口注水压力平均单井日注水平年注水量注水耗电井口水质达标率注水系统效率耗电量注水单耗注水标耗口口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 影响注水系统效率原因分析对影响注水系统效率的原因分析是开展系统效率提升工作的重点。从2014年3月以来，开展了大量的系统效率测试和分析工作，发现和掌握了影响S厂注水系统效率的几个关键因素：2.1 大马拉小车现场普遍，泵机组自身损耗大。2015年上半年，S厂主要注水站在用注水泵总装机容量约为868.5KW，而实际运行时功率合计约为337.23KW，平均负载率为38.82%。大马拉小车现象较为突出的注水站有王龙庄、秦3等注水站，负载率仅为22%

6、、15%。造成大马拉小车现象突出的原因有：（1）注水泵排量选型偏大，所匹配的动力设备功率较大；（2）部分注水区块注水压力不高，注水用能偏低。大马拉小车现象突出，造成泵机组自身损耗大，如王龙庄达到34%，秦3达到23%。2.2 泵排量偏大导致部分注水站打回流。泵排量偏大也是大马拉小车的一种表现形式，主要原因是泵的额定排量较实际注水量严重偏大，泵需要通过变频、改小甚至打回流等方式满足实际注水需要。S厂在此方面主要表现在：（1）打回流现场仍然较突出。目前S厂存在打回流的注水站有：王龙庄、秦3、关7、程6、桃4等。打回流是一种直接浪费系统能耗的方式，可以用下面的公式（公式1-1）表达： （1-1）通过

7、实测数据分析，由于打回流浪费的能耗为420KWh/d。（2）全厂注水泵运行频率普遍偏低，仅为33.56HZ。部分甚至低于极限频率30HZ，如阳6、王龙庄、铜庄等。根据注水开发需要，一旦部分低频率运行的站需要进一步下调注水量，将不得不采用打回流运行。（3）尽管部分站采用柱塞改小措施，但仍然满足不了杜绝打回流的需要。如王龙庄、秦3、桃4、关7等。即使改小后注水泵额定排量由23.7下降到13.5m3/h，仍超过实际需要2.87m3/h。2.3 大部分站管网损失大，节流现象突出通过系统效率检测分析发现，管网损失是注水系统能量浪费最大的方面。全厂主要注水站平均管网损失约占总系统能耗的28%，其中管损较高

8、的有欧北（0.49）、天95（0.42）、铜庄（0.42）、朱庄1#（0.38）。管网损失的高低受到地质、工艺和管理等方面的制约。（1）地质方面。一个注水系统中注水井注水压力差距较大，为了满足高压井的注水需要，低压注水井的泵压相对偏高，造成节流损失较大。如天95、朱庄1#；（2）工艺方面。地面管网及调配流程工艺特点也是一个重要的方面，一般情况下简单的流程管网损失较小，复杂的容易形成更多的管网损失。如欧北站的两级配水间配水+单井大量回填，无形中要求有较高的泵压来满足最远端的单井注水。（3）管理方面。多分支单井恒流配注工艺对管理方面的要求较高，若管理不善，会造成注水系统管网损失大幅增加。如铜庄站、

9、阳6、天95，现场配水常常采用配水间、井口闸门、恒流配水器三级配水，形成三级节流，管网损失大大增加。2.4 部分注水泵排液效率偏低，工况较差。注水泵排液效率反应了注水泵的工况水平，排液效率损失与系统耗能的损失成正比。影响泵效高低的主要原因有：（1）阀组内漏；（2）盘根刺漏；（3）进液管线不畅或供液不足。经过测算，全厂注水泵排液效率为84%，泵外漏或内漏现场较为普遍。另外，桃4、朱庄1#2#进液不畅现象较突出，其中桃4因为进液不畅造成的损失大约占整个系统能耗到54%。2.5 计量器具不准导致测试误差大。计量器具的准确性不仅是精细注水的基础，也是开展注水系统效率测试和影响因素分析得基础，若计量器具

10、不准则会导致重要的数据不准，最终导致系统效率测试结果严重失真。如：2014年王龙庄注水站单井流量计老化严重，误差较大，系统效率测试数据显示管网损失高达54%，至2015年5月更换新流量计后，测试结果显示管网损失立即下降25%。3 主要措施开展情况及成效3.1 开展系统效率测试和分析工作系统效率测试是开展系统效率分析的前提，是挖掘提升潜力的基础，贯彻于整个过程中，系统效率测试方法的研究、测试、分析工作为开展系统效率提升的首要工作开展。作者在查阅大量的文献、资料的基础上研究、摸索，逐步掌握了三种计算方法，并在注水系统效率测试过程中进行尝试和验证，最终总结出适合零散区块的系统效率测算和分析方法-节点

11、能量平衡计算方法1。3.1.1 “标准”方法。即采用SY/T5265标准中的系统效率计算方法，该方法将注水系统分为电机、机组、管网三个子部分，分别计算三个子系统的效率，其各测点示意图如下：图1 SY/T5265注水系统效率测点示意图标准SY/T5265中规定的注水系统效率由电动机效率、泵效和管网效率组成，即：（3-1）公式3-1左侧为注水系统效率（%），右侧分别为电机平均效率（%）、注水泵机组平均效率（%）、注水管网效率（%）。3.1.2 能量平衡计算方法2这是一种简化系统计算过程的方法，最早在胜利油田应用。此方法重新建立了能量平衡模型，如下：图2 注水系统能源平衡模型通过建立注水系统的能量平

12、衡模型，得出左边的系统效率计算公式，将中间的过程省略，大大简化了系统效率的计算。计算公式如下： （3-2）经过验证，采用标准方法和胜利方法所计算的结果十分的接近。因此，在项目开展过程中均采用胜利方法计算，并采用标准方法验证，提高计算结果的准确性。3.1.3 节点能量平衡计算方法本方法考虑了用能的全过程，将电动机、注水泵和注水管网三大系统调整为变频器、机泵组合、注水管网。重新组合后，各能量的流入流出可以通过实测或计算获得，从而获得更加准确的数据。各节点能源平衡模型见下图：图3 注水系统各节点能源平衡模型此方法的优点有：1）能计算各类损耗，方便对比分析；2）由于计算方法的不同，能够修正一定的流量误

13、差。从而与其它方法对比，发现出计量误差问题； 3）在计算过程中完成节点分析，提高了工作效率。从2015年2月开始，项目小组完成了25台次有效的系统效率测试，重点针对铜庄、朱庄、欧北等12座注水站，规模较大的站全覆盖。计算结果显示，采用标准SY/T5265计算方法和能量平衡计算方法计算的结果差距较小，而采用节点能量平衡计算方法所得的结果与前两者差别较大，截取部分轮次测算数据如下：表3 三种方法计算系统效率结果对比表项目单位秦3站关7站天33站天92站朱庄站（高压）朱庄站（低压）铜庄站频率Hz31.5832.534.340.1133.355033.8总输入（Pe）KW10.611.414.213.

14、5631.54845.5变频损耗率（SR变频）%32.0823.6812.6824.7812.385.4218.68机组损耗率（SR机组）%23.0716.0717.8319.1715.8518.3311.87管网效率（n）%98.0085.5882.5594.7160.3888.0156.00系统效率SY/T5265计算方法%32.0751.6958.5564.6870.7657.4839.50能量平衡法%31.2051.2457.6063.5571.2957.3239.32节点能量平衡法%43.9651.5657.3653.0843.3367.1238.89从上表可以看出，关7站、天33站

15、、铜庄站的计算结果差距不大，而其它站差距较大，最高接近30%。分析发现，有以下主要原因导致节点能量平衡法与常规方法差距较大：（1）测录参数误差较大。（2）泵头外漏或阀组内漏。（3）注水泵打回流影响。3.2 注水泵系统效率提升方法研究与实施3.2.1 开展注水泵改小措施，解决部分站打回流现象针对部分站打回流严重的现象，对注水泵采取改小措施，主要通过换注水泵头柱塞、更换皮带轮等方式开展。全厂目前有7台注水泵实施了改造，其中2014年至今开展了6台次，情况如下表4：表4 2014年注水泵柱塞调整情况统计序号注水站注水泵措施泵编号型号柱塞直径mm理论排量m3/h实际注水量m3/h泵压MPa工作频率Hz

16、方案1秦313S100-4.6/32364.61.32030换小柱塞（2m3/d）2王龙庄站13S125A-13.1/254813.15.411633.4换小柱塞（7m3/h）3欧北站23S125A-10/2548109.7915换大柱塞,泵压20MP4花园站13S100-3.6/32-T383.60.831727.85换小柱塞（2m3/h）5天92站13S75-3/253030.429.530柱塞已2m3/h，更换皮带轮6关7-5站13S75-3/323030.832033.92换小柱塞（2m3/h）通过上面的改造，注水泵排量下降10.3m3/h，大大减少打回流量。3.2.2 开展注水站运行

17、时间调整，减小注水泵能耗针对部分注水站连续运行仍然打回流的现象，在满足地质要求的前提下，对以下注水站开展了调整注水运行时间，实施间断注水，充分利用谷电，起到节能减费的目的。实施情况及效果见下表5：表5 2014年注水泵柱塞调整情况统计注水站名称注水泵型号注水量（m3/d)注水井号注水泵电机功率(KW)实际运行功率（KW）原注水时间(h)调整后停注时间段（避峰就谷）减少注水时间(h)减少功耗(KWh/d)王40 3S75-3.2/2515王1430142418：00次日12：0018252关11 3S50-1.5/3510关11-118.58248：0022：0014112程庄3S100-4.6

18、/2510程6-1455249：0021：00126020程6-5249：0021：001215程1-2249：0021：0012王龙庄3S125A-13.1/2550王10、王8-111024249：0012：0017：00-20：006144合计568通过以上的调整，节省注水能耗约568KWh/d，节省运行费用约625元/天。3.2.3 开展注水管网损失下调工作通过系统效率测试工作的开展，发现采用多分支恒流配水系统或采取多级配注流程的注水系统管网损耗相对较大。因此重点开展了针对此类地面工艺的调整工作，部分站注水泵压下降明显。（1）多分支恒流配水系统调整方面多分支恒流配水系统在我厂应用较多，

19、如：阳6、铜庄、天95、桃4、程6、秦3等注水系统。在开展系统效率测试过程中发现铜庄、秦3、天95等注水系统存在节流现象突出的问题，重点对其开展了系统调整，实施效果见下表6：表6 铜庄等注水站地面调配系统调整后变化情况项目铜庄秦3天95调前泵压19.518.325.54调前系统效率0.390.250.45调后泵压13.313.531.62调后系统效率0.450.380.4取得的成效系统效率提升满足高压井注水（2）多级调配流程调整方面S厂目前采用多级调配流程的注水系统主要是欧北站注水系统。2015年针对欧北注水系统开展系统效率测试三轮次，所测管网损失分别为0.55、0.54、0.49。通过开展系

20、统调配调整工作，使管网损失下降0.06。3.2.4 开展注水井防膨试验，降低区块注水泵压降低注水区块注水泵压是降低注水能耗的重要途径，在部分注水井间压差大的区块，能起到降低注水管损的作用。针对关7注水站泵压持续上升的问题，2014年9月18日在关7-5井开展二次防膨处理工作。实施前注水泵压呈逐渐上升态势，最高泵压24MPa，实施后泵压稳定在21-22MPa，满足了区块注水需要，同时降低了系统能耗。实施前后关7注水站生产曲线变化如下图4：图4 实施前后关7注水站生产曲线变化3.2.5 加强基础管理，提升注水泵泵效和计量准确率通过开展注水系统效率测试，能及时发现了注水泵泵效低、流量计不准等问题，及

21、时反馈问题，跟踪问题整改，强化了基础管理工作的提升。以及开展地面工程改造，提高了注水泵效和流量计量计量准确率。（1）泵效提升方面开展系统效率测试初期，共测试8台次，平均泵效仅为0.78。其中天83站仅为0.51，欧北、天95、秦3等站泵效在0.61-0.65水平。随着系统测试工作的开展，对存在泵效不足的设备进行精准定位后，中期测试显示平均泵效上升至0.93，后期测试显示平均泵效上升至0.97。反映出泵液力端工况良好。（2）计量准确性提升方面一是及时反馈测试中反应的流量不准的问题，天83、朱庄、铜庄等注水站流量计量准确性提升。节点分析法和标准方法计算出的系统效率差距缩小至±0.1以内；二是加强单井井口流量计的校验工作，并指导流量计的维护；三是对王龙庄配水间实施改造，解决王龙庄单井计量不准的问题。4 结论与认识 （1）开展系统效率测试是有效提升注水系统效率的前提。系统效率的分析和研究，是