油田注水工艺系统优化理论 及应用.ppt

油田注水工艺系统优化理论及应用中国石油大学（北京）石工学院檀朝东010-69706536,目 录,国内外注水系统状况油田注水地面工程系统油田注水工艺技术影响油田注水系统效率和能耗的因素油田注水系统优化运行模型研究提高油田注水系统效率、实现节能降耗,国内外注水系统状况,一般认为注水能延长油田寿命，对油田开发具有重要意义。1924年，第一个“五点井网注水”方案在宾夕法尼亚的布拉德福德（Bradford）油田实施。直到20世纪50年代初，注水才得到广泛应用。我国陆上油田采用常规的注水方式开发，平均采收率只有33左右，大约有2/3的储量仍留在地下，而对那些低渗透油田、断块油田、稠油油田等来说采收率还要更低些，因而提高原油采收率是一项不容忽视的工作，而如何有效提高注水效果迫在眉睫。,国内外注水系统状况,经过40多年的实践，我国已经形成一套较完整的技术体系和配套技术，油田的规模随着勘探开发日益扩大。与此同时，油田含水率也持续攀升，大部分油田含水率高达70%90%，据统计，截至至2003年底，全国各油田平均综合含水率已达84.1%，其中含水率超过80%、已进入高含水后期的油田，可采储量占全国的68.7%。,我国油田绝大部分采用注水开发，对于低渗透油田尤其重要。陆上油田中，注入水系统是生产系统的重要组成部分，它担负着稳油控水，增产高产，保持地层能量的重要任务。同时，注水本身也是能耗大户，据统计，注水耗电一般占整个油田总耗电量的33-56。同国外相比，我国油田注水不仅工艺落后，而且注水系统平均效率也比较低。因此，降低注水用电增长速度、研究节能降耗措施、提高油田经济效益刻不容缓。,国内外注水系统状况,注水方式是指注水井在油藏中所处的部位以及注水井和生产井之间的排列关系，也指注水井在油田的布局和油水井的相对位置。目前国内外油田采用的注水方式主要有:边缘注水 切割（行列）注水 面积注水,国内外注水系统状况,边缘注水：把注水井布置在油水过渡带附近 缘外注水：注水井布置在外油水边界 缘上注水：注水井布置在油水过渡带上 缘内注水：注水井布置在内油水边界,国内外注水系统状况,切割注水（行列式注水）：利用注水井排将油藏切割成面积较小，能成为独立的开发区域的注水方式。,国内外注水系统状况,切割注水（行列式注水）：利用注水井排将油藏切割成面积较小，能成为独立的开发区域的注水方式。,A、轴线注水：注水井沿构造轴线布置B、环状切割注水：注水井按照环状分布，水井布在0.4R处。C、中央注水：沿R：200-300m周围上布4-6口注水井，中央布1-2口油井。,国内外注水系统状况,面积注水：把注水井按照一定的几何形状均匀地布置在整个开发区域上。,（1）正方形井网系统,A、直线系统,B、反五点井网,C、反九点井网,D、反七点井网,国内外注水系统状况,面积注水：把注水井按照一定的几何形状均匀地布置在整个开发区域上。,(2)三角形井网系统,A、直线系统,B、反七点井网,C、反九点菱形井网,国内外注水系统状况,选择注水方式主要以油田开发经验、油田地质特征、油藏构造特征和油层物性为依据。,油藏类型;油水过渡带大小;地层原油粘度;地层水粘度;储集层类型;储层物性;地层非均质性;油水过渡带断层的展布等。,国内外注水系统状况,目 录,国内外注水系统状况油田注水地面工程系统油田注水工艺技术影响油田注水系统效率和能耗的因素油田注水系统优化运行模型研究提高油田注水系统效率、实现节能降耗,油田注水地面工程系统,油田注水地面工程系统是一个将高压注水泵提供的能量由地面工程网络输送，分配到各注水井以满足地层驱替能量需要的能量分配体系。一般由注水站、注水管网、配水间、注水井等基本单元组成。其中 注水站中的主要设备是注水泵和驱动注水泵的电机；注水管网主要由管线、阀门、三通、弯头等组成。,油田注水地面工程系统,在油田注水系统中，水是由专门的水源供给，在各个供水水源，水经过过滤、沉淀等工序处理，使其满足注水井对水质的要求，然后由供水泵将水输送到注水站的水罐中。水罐中的水经过注水站中注水泵的加压，注入到注水管网中，然后到达各个配水间。在配水间通过阀门控制使来水的流量分别达到各个注水井的配注流量之后，由配水间控制流向各个注水井，经由各个注水管柱，最后由配水嘴喷出，注入到地层中。,从水源到注水井的注水地面系统通常包括供水站、注水站（水处理站）、配水间和注水井。,油田注水地面工程系统,配水间是用来调节、控制和计量注水井注水量的操作间，主要设施为分水器、正常注水和旁通备用管汇；压力表和流量计。配水间一般分为单井配水间和多井配水间两种。,单井配水间示意图,油田注水地面工程系统,多井配水间流程也分为带洗井旁通与不带旁通两种。带洗井旁通的设置大一级口径洗井计量水表。配水间可做成撬装式。,1 干线来水压力表；2 总截断阀；3 注水支线截断阀；4 注水水表；5 注水控制阀；6 注水压力表；7 注水井口装置；8 洗井水表,油田注水地面工程系统,注水泵分水器注水干线支线单井或多井配水间注水单井。,油田注水地面工程系统,2、注水泵站站工艺流程,注水站的主要作用：将来水升压，以满足注水井对注入压力的要求。注水工艺流程必须满足：注水水质、计量、操作管理及分层注水等方面的要求。工艺流程：来水进站计量水质处理储水罐进泵加压输出高压水。水源来水经过低压水表计量后进入储水大罐。一般每座注水站应设置不少于两座储水大罐，其总容量应按最大用水量时的4-6小时设计。,油田注水地面工程系统,注水流程要求：1、满足油田注水开发对注入水水质、压力及水量的要求；2、管理方便、维修量小、容易实现自动化；3、节省钢材及投资、施工量小；4、能注清水和含油污水，既能单注又能混住。；,油田注水地面工程系统,油田注水地面工程系统,油田注水地面工程系统,（1）单干管多井配水流程图。,注水站,3、注水系统工艺流程图,水源来水,配水间,配水间,油田注水地面工程系统,（2）单干管单井配水流程图。,3、注水系统工艺流程图,油田注水地面工程系统,（3）注水站直接配水流程图。,3、注水系统工艺流程图,油田注水地面工程系统,（4）双干管多井配水流程图。,3、注水系统工艺流程图,油田注水地面工程系统,南三注,301配,206配,南五供水站,南二注,203配,101配,南一注,南四注,104配,105配,106配,211配,202配,212配,204配,207配,208配,209配,302配,304配,305配,306配,210配,309配,308配,307配,103配,202干线,207线,203线,210线,102干线,101干线,311配,303配,201线,环网供水注水：共担 共补,油田注水地面工程系统,注水井是注入水从地面进入地层的通道，它的主要作用是：悬挂井内管柱；密封油、套环形空间；控制注水和洗井方式，如正注、反注、合注、正洗、反洗和进行井下作业。除井口装置外，注水井内还根据注水要求（分注、合注、洗井）下有相应的注水管柱.,3、注水井井口工艺流程图,油田注水地面工程系统,油田注水地面工程系统,由于一般油田区域分布广泛，注水管网复杂庞大，注水井的数目也比较多，因此，一个油田的注水系统往往不只有一个注水站或一个配水间，而是有多个注水站、多个配水间。在一个注水站内也不一定只有一台注水泵，加上备用泵通常有一到两台注水泵，甚至有三台之多。对于配水间，根据所处的地理位置和配注方案的要求，配水间又可分为单井配水间、三井配水间、五井配水间和七井配水间等多井配水间。注水地面工程系统包括一些以注水泵为主体的设备。,一、柱塞泵结构,通常为卧柱塞泵，有卧式三柱塞和卧式五柱塞两种，其结构与工作原理相同，只是工作缸数不同而已。柱塞泵主要由动力端和液力端两大部分构成，并附有皮带、止回阀、安全阀、稳压器、润滑系统等构成。动力端：由曲轴、连杆、十字头、浮动套、机座构成。液力端：由泵头、密封函、柱塞、进液阀和出液阀构成。,三缸单作用电动柱塞泵,油田注水地面工程系统,油田注水地面工程系统,油田注水地面工程系统,柱塞泵机组性能表,油田注水地面工程系统,二、主要性能参数,柱塞泵的主要性能参数有流量、有效压头、有效功率、轴功率、效率等,1、理论排量所谓理论排量就是指泵单位时间内不考虑漏失、吸入不良等因素影响而排出的体积量，理论排量又分为理论平均排量和理论瞬时排量两种。理论平均排量 Q理平=mFSn/60 式中：Q理平理论平均排量，m3/s；m 多缸泵的缸数；F泵活塞的截面积，m2；S活塞冲程，m；n冲数，次/min。,油田注水地面工程系统,二、主要性能参数,瞬时流量瞬时流量就是指泵在某一瞬时（或曲轴转到某一角度时）所排出的液体数量。以Q瞬时表示。实际平均流量往复泵实际排出液体的体积要比理论上计算的体积小。因此在单位时间内泵所排出的真实液体量称为实际流量。,油田注水地面工程系统,二、主要性能参数,2、泵的有效压头单位重量的液体通过柱塞后获得的能量称为压头或扬程。它表示柱塞泵的扬水高度，用H表示，单位是米（m）。柱塞泵的有效压头可表示为：H=p表/+p真/+(V2排-V2吸)/2g+H0 式中：H泵的有效压头，m；p表泵出口的压力值，Pa；p真泵进口的压力值，Pa；液体的重度，N/m3；V排排出管的液体流速，m/s；V吸吸入管的液体流速，m/s；H0泵吸入口与出口的高程差，m。,油田注水地面工程系统,二、主要性能参数,3、功率和效率泵单位时间内所做的功称为泵的有效功率N；泵的有效功率表示泵在单位时间内输送出去的液体从泵中获得的有效能力。N=HQ/1000 式中：N泵的有效功率，kW；液体密度，kg/m3；H扬程，m；Q液体流量，m3/s。,油田注水地面工程系统,二、主要性能参数,3、功率和效率泵的输入功率为轴功率N轴，由于泵在工作时，泵内存在各种损失，轴功率与有效功率之差为泵内损失功率，损失功率的大小用泵的效率衡量。因此泵的效率等于有效功率与轴功率的之比，其表达式为：=N/N轴100%式中：N泵的有效功率，kW；N轴泵的轴功率，kW；泵的效率，%。,油田注水地面工程系统,三、柱塞泵的使用及维护,1、柱塞泵的操作使用开泵前的准备。往复泵在开泵前必须检查泵和电机的情况。例如，活塞有无卡住和不灵活；填料是否严密；各部连接是否牢靠；变速箱内机油是否适量等。尤其十分重要的是，开泵前必须打开排出阀和排出管路上的其他所有闸阀，即可开泵。,油田注水地面工程系统,三、柱塞泵的使用及维护,2、运转中的维护往复泵在运转过程中禁止关闭排出阀，由于液体几乎是不可压缩的，因此在启动或运转中如果关闭排出阀，会使泵或管路憋坏，还可能使电机烧坏。在运转过程中应当用“听声音、看仪表、摸电机温度”的办法随时掌握工作情况。同时要保证各部位润滑良好。,油田注水地面工程系统,三、柱塞泵的使用及维护,2、运转中的维护（1）新安装的泵连续运转5天后应换机油一次，经15天再换机油一次，以后每三个月换一次机油。（2）在运转中应经常观察压力表的读数。（3）润滑油的温度不应超过30度。（4）当油面低于油标时，应添加同种机油至要求高度。（5）阀有剧烈的敲击声或传动部分的零件温升过高时，应停机检查。（6）定期检查电器设备的连接及绝缘情况。（7）详细记录在运转过程中和修理中的情况。,油田注水地面工程系统,油田注水地面工程系统,注水泵-离心泵、柱塞泵 注水泵在整个注水系统中起着“源“的作用。注水泵的数学模型可用其特性曲线来表示。描述注水泵运行状况的主要参数有：流量、扬程、实际消耗功率、效率。泵的特性曲线描述了这些参数之间的关系，它们是：流量与扬程之间的关系;流量与效率之间的关系;流量与实际消耗功率之间的关系。,油田注水地面工程系统,注水泵的理论特性曲线一般由生产厂家给出，但是在实际工作中，由于多种因素的影响，致使注水泵的实际工作特性曲线与理论特性曲线之间存在较大差别，通常情况下，注水泵的的实际工作特性曲线很难精确给出。实际应用时可以：用定性分析的办法，了解各种损失对理论特性的影响，从而确定实际性能曲线的形状，由现场实测数据用最小二乘法进行曲线拟合，求出拟合系数。,油田注水地面工程系统,1）HQ（扬程流量）性能曲线,离心泵扬程，m；,离心泵体积流量，,；,拟合系数，常数。,H=1852.2060.002203Q 2,油田注水地面工程系统,2）Q（效率流量）性能曲线,=73.3010.000958（Q250）2,离心泵的效率，；,离心泵体积流量，,；,离心泵达到最高效率点时的流量，常数。,拟合系数，常数。,油田注水地面工程系统,3）NQ（功率流量）性能曲线,离心泵的轴功率，kW；,离心泵扬程，m；,离心泵体积流量，,；,离心泵效率，%；,单位转换系数。,油田注水地面工程系统,往复泵的扬程是依靠往复运动的活塞，将机械能以静压形式直接传给液体。因此，往复泵的扬程与流量无关，这是它与离心泵不同的地方。实际扬程仅取决于管路系统的需要和泵的能力，即它应该包括水的静扬程高度HST，吸、压水管中的水头损失之和（包括出口的流速水头）h。因此：H=HST+h(米),往复泵的特性曲线图，其扬程与流量无关，理论上应是平行于纵坐标轴H的直线，但实际上因液体难免没有泄露，且随泵的扬程增加，泄露也严重，所以，实际的特性曲线如图中虚线所示。,油田注水地面工程系统,往复泵与离心泵比较,目 录,国内外注水系统状况油田注水地面工程系统油田注水工艺技术影响油田注水系统效率和能耗的因素油田注水系统优化运行模型研究提高油田注水系统效率、实现节能降耗,一、油田注水工艺技术指标,油田注水工艺技术,1、配注合格率配注合格率是指注入水量与地质配注相比较，注入地层水量合格井数与注水井开井总井数之比。,计算公式,公式说明,单井月平均注水量不超过配注量的5，不低于配注量的10的注水井算合格井。月内调配注的井，以生产时间较长的工作制度计算配注合格率，如果两种工作制度生产时间差不多，以最后一次工作制度计算配注合格率。,一、油田注水工艺技术指标,2、分层配注合格率分层配注合格率是指分层注水井注入水量与地质配注相比较，注入地层水量达到地质配注要求的层段数与油田分注井实际注水总层段数之比。,计算公式,公式说明,分层段的注水量不超过层配注量的10的层段为合格层段。分注井每个季度进行一次调配注，月内调配注的井，以生产时间较长的工作制度计算配注合格率，如果两种工作制度生产时间差不多，以最后一次工作制度计算配注合格率。,油田注水工艺技术,一、油田注水工艺技术指标,3、注水系统单耗注水系统单耗是指每向地层注入一方水的耗电量。,计算公式,油田注水工艺技术,一、油田注水工艺技术指标,4、注水系统效率注水系统效率是指注水系统电机效率、注水泵运行效率与注水管网平均运行效率之积。,计算公式,注=123,式中：,1拖动注水泵的电动机平均运行效率（）；2注水泵平均运行效率（）；3注水管网平均运行效率（）。,油田注水工艺技术,一、油田注水工艺技术指标,油田注水工艺技术,二、注水井分层注水工艺,1、油套分注工艺技术优点：操作简单、施工容易缺点：一是只能分注两层，且井下封隔器失效后地面不易判断；二是如果注入水质易结垢很可能导致下次起钻卡钻，必须动管柱洗井；三是由于套管环空注水是一个动态的注入过程，对套管的损伤大。,油田注水工艺技术,注水井分层注水工艺,2、双管分注工艺技术优点：可以实施两层分注、易调配控制水量。缺点：一是只能分两个层段注水,如果超过了两个层段,则无法进行分层注水；二是注水井无法进行每月一次的维护性洗井管理,井筒内的垢、铁锈、杂质等脏物无法冲洗出来,容易造成脏物堵塞油层,对于结垢严重者,易发生井内工具及管柱被卡,造成大的事故。,油田注水工艺技术,注水井分层注水工艺,3、单管封隔器、配水器多层段注水 优点：可以实施两级或三级以上分注、可以定期洗井、可以任意调配更换水咀、封隔器密封好、管窜设计合理，管理方便。缺点：调配前必须洗井，必须使用专门的调配工具，且调配工作量大，为防止水井结垢必须定期洗井，生产管理难度大。,偏心分层配水工艺流程图,油田注水工艺技术,注水井分层注水工艺,偏心分层注水工艺简介,封隔器材质要求：中心管35CrMn、洗井阀13Cr、接头40Cr。制作工艺要求：采取热处理调质、镀铬、镍锌复合镀。,封隔器性能参数,油田注水工艺技术,注水井分层注水工艺,偏心分层注水工艺简介,油田注水工艺技术,注水井分层注水工艺,偏心分层注水工艺简介,封隔器施工方式坐封：打开套管闸门,从油管内憋压额定坐封压力（内外压差15MPa），封隔器即可坐封，此时，由于封隔器的自锁结构作用，放压后，封隔器不能自动解封。洗井：油套环空进液，经封隔器洗井通道，至油管鞋单流阀从油管内通道返出地面,完成反循环洗井。解封：作业时，卸去井口，缓慢上提油管柱约半米，正转油管1215圈，封隔器即可解封顺利起出。,油田注水工艺技术,注水井分层注水工艺,偏心分层注水工艺简介,配水器采用偏心配水器，总长1.03m、外径114mm、内通径46mm、两端由油管扣连接。,油田注水工艺技术,注水井分层注水工艺,偏心分层注水工艺简介,偏心投捞器偏心投捞器（简称投捞器）与打捞器和释放器组成，投捞器下端连接释放器，即可将配水器中的堵塞器送到井下目的层的配水器内，投捞器下端连接打捞器，即可将井下目的层的配水器中的堵塞器捞出来。,油田注水工艺技术,注水井分层注水工艺,偏心分层注水工艺简介,管柱组合采取底筛堵+配水器+封隔器管柱组合，封隔器位于实施分层注水油层之间，配水器正对分注层段，下部为球座+眼管+堵头组合。该管柱组合可以在反洗井时防止大颗粒机械杂质进入球座导致管柱失效。,油田注水工艺技术,注水井分层注水工艺,偏心分层注水工艺简介,投捞测试工艺,油田注水工艺技术,注水井分层注水工艺,偏心分层注水工艺简介,测试工具优选：在测试实践中主要使用机械流量计、超声波流量计,经过现场试验优选超声波流量计做为我厂主要测试工具。机械流量计：优点：使用方便，可以满足分层测试需要。缺点：现场不能回放测试数据、解释时必须核对标准模板，由专业技术人员解释，使用比较麻烦。超声波流量计：优点：现场可以回放测试数据、可现场解释注水量，使用简单、明了、操作方便、可与计算机对接。缺点：必须专人保管、及时充电。,油田注水工艺技术,目前偏心分注工艺存在问题:调配工艺复杂。各层注水量调节主要通过频繁投捞、测试和更换水嘴来实现。分注井投捞、测试工作量大、费用高。由于投捞调配对井筒状况的要求很高，一旦管柱有结垢、腐蚀等问题就必须进行检串作业，费用较高。,油田注水工艺技术,压控分注工艺：将偏心分注工艺中偏心配水器改为压控开关。通过注水井井口人为制造压力波来控制各层开关开启的大小，实现各层精确注水。,优点：可以直接通过地面人为制造压力波来调节各层注水量，减少偏心分注频繁投捞、测试的工作量。,油田注水工艺技术,降低注水管网压力波动对单层吸水量的影响,恒流量配水工艺,当压力P1增加（减小）时，流过水嘴的流量会增加（减小），此时在水嘴的节流压差进一步增加（减小），导致“节流锥”移动，进一步关小（开大）“出口”，使得P 2与P 3的节流压力进一步增加（减小）。当“节流口”的“出口”节流损失（P2P3）达到一定值后，流量趋于稳定，最终达到一个稳定的注水流量。,油田注水工艺技术,水源井必须安装产水量水表，每天录取一次产水量。如果出现水量急剧变化时，应立即停泵停抽。泵工作时的电压应符合（380-400V）要求，电机不能缺相。建立单井产水量台帐，记录水表读数、泵的电流、电压、及井口压力，每天每8小时详细记录一次。上修完开抽井必须首先井口排液，并化验水质，直至井口水质合格后方可进入外输管线。资料室建立水源井生产水日报，填写产水量、产水压力、电潜泵型号及有关数据，同时每月出水源井综合记录。长关水源井每月活动一次电潜泵，出水从排污口放掉。,油田注水工艺技术,供水站建立收水、输水、存水及相应记录，并认真填写供水站综合运行记录，必须确保资料的全准率为100。供水站保证有备用泵，确保供水连续平稳。供水站源水罐每5天排污一次，并在规定的取水样点取水样化验。正常的生产过程中，供水站严禁跑冒滴漏现象，岗位员工每周必须上水罐检查隔氧气囊，并作好记录。供水过程中，所供水量必须能满足注水站的注水需求。,油田注水工艺技术,确保注水设备完好，认真填报注水日报、注水站综合运行记录、设备运转记录、加药记录、用电记录、交接班记录，建立巡回检查图、站内流程图，健全岗位责任制和操作规程。严格控制所管配水间、注水井的注水压力和注水量。按操作规程严格管理精细过滤器，确保水质合格。PEC烧结管精细过滤器要在进出口压差低于0.2MPa下工作，在进出口压差不大于0.2MPa时，每周必须反吹扫一次，只要烧结管过滤器进出口压差不小于0.2MPa，必须立即采取反吹扫或气液混吹扫和化学在生等方法来减小压差，以确保水质合格。注水站源水罐每5天排污一次，并上罐检查隔氧气囊是否完好，并在规定取样点取水样化验。,油田注水工艺技术,按要求建立、建全注水台帐，填写注水日报表报要求：及时、准确、完整、整洁、仿宋化。按配注要求平稳注水，偏差量不得超过配注量的5。为确保注水系统压力平稳，严禁以任何理由在配水间放水泄压。配水间必须经常与所辖注水井岗位员工联系、掌握注水情况。分水器压力低，导致部分高压力注水井注不进或注不够时，岗位员工必须立即将这种情况及时上报。,油田注水工艺技术,井口不刺、不漏、不渗，压力表及压力值正常。井口闸阀等完好，井口卫生清洁。认真执行开注井或停注超24小时井开注必须洗井制度。对于注水压力上升或注水量明显下降井必须汽化水洗井。单井每天每两小时录取压力数据，不正常情况每两小时加密录取一次，并作好记录。对注水井不正常的情况，各分区资料室收取数据后，由分区技术员与作业区技术员一同分析原因，提出措施建议。每5天取样化验一次，化验室做样准确规范无误。,油田注水工艺技术,理论依据,（1）、气体到井底后优先饱和油层近井地带，使洗井过程中洗出的污物不易直接进入油层，防止在洗井过程中油层漏失，被井底污物污染。当套管口放喷后由于井底压力降低，近井油层附近所饱和的气体会“反吐”，可携带出地层污染物，达到清洁油层的目的。（2）混气水产生低密度洗井液，在高速流动状态下，冲刷能力、悬浮能力极强，可彻底清洁井底污物并带出井底举出地面。,油田注水工艺技术,（1）按如上图所示，连接井口流程、并紧固井口各部连接点，合理安全接好排污管线，井口改旁通排污流程。（2）在注水站配制浓度为0.3%的活性水60m3，改洗井流程供水冲洗地面管线，排量20m3/h。,注水 井口,压风车供气,套管排污,排污池,油管供水,油管测试头,施工步骤,阀1,阀2,阀3,阀4,油田注水工艺技术,注水 井口,压风车供气,套管排污,排污池,油管供水,油管测试头,施工步骤,阀1,阀2,阀3,阀4,（3）待管线冲洗干净后，联系注水站停止供水，关闭井口注水闸门，从测试头向井内供气，并打开套管闸门放空。（4）待供气压力达到设计要求后（新投注井2.0MPa，转注井压力在3.0MPa，不可大于4.0MPa），联系注水站以20m3/h的排量洗井，并控制套管闸门，观察井口压力，因为放喷过程中出口气量大，流速快易发生危险。,油田注水工艺技术,施工步骤,（5）大约40分钟后，套管开始有返出物，返出物依次是石油气油油气（含压缩空气）油泥浆污水混气清水。全过程中严格监控水量、气量及返出物情况，中途不得停水、停气，（6）待进出口返出水质一样后，停压风机继续向井内供水，出口放空。10-15分钟后，联系注水站停注，关注水闸门，出口继续放空，直到出口压力为0。（7）打开测试闸门将防膨剂倒入井内，一般油层厚度小于5m的井加300kg药，对于油层厚度大于5m的井加400kg药。（8）联系注水站、配水间改好流程，正常注水，前三天按70m3/d，三天后按地质要求注水。,油田注水工艺技术,（1）、供气、供水时机的选择供水量过大供气量小时，洗井液密度大，井底压力高，洗井过程中的井底泄压时间短、压差小，油层“反排”强度弱，清洁污染能力差。另外，洗井液流速慢，携砂能力弱，洗井效果差；供水量小，供气量大则使洗井液密度过小，失去携污能力，井口放喷气量大，易发生危险。（2）、供气时的压力控制某井现场施工中，供气压力1.5MPa，供水排量22m3/h，结果4小时井口不返水，分析原因地层能量低，漏失量大。在以后的施工中，将供气压力提到3.0MPa，使混气液充分饱和能量亏空的地层，在油层“孔道、孔喉”处形成“气塞”，将洗井液和油层渗流孔道有效隔开，防止漏失。,注意事项,油田注水工艺技术,（3）、洗井方式的选择按正常洗井规程，要求正注井在洗井过程中必须遵循“正洗反洗正洗”的原则。但经过一年多的实践认为，投转注井和常规注水井洗井有不同思路。因为地层能量贫乏，再采用“正、反、正”的循环洗井方法，只能造成更大的漏失和地层污染，所以应采用单循环的正洗井方法。,注意事项,油田注水工艺技术,目 录,国内外注水系统状况油田注水地面工程系统油田注水工艺技术影响油田注水系统效率和能耗的因素油田注水系统优化运行模型研究提高油田注水系统效率、实现节能降耗,3.1 油田注水系统效率计算方法 3.1.1 电动机运行效率 3.1.2 注水泵运行效率 3.1.3 注水管网运行效率 3.1.4 注水系统效率 3.2 影响油田注水系统效率的因素 3.2.1 电动机 3.2.2 注水泵 3.2.3 注水管网,影响油田注水系统效率和能耗的因素,影响油田注水系统效率和能耗的因素,由于油田注水系统是多个以注水站为中心的多节点不规则的网状系统，因此，计算分析系统效率时必须对全系统进行全面的调查测试，不能以部分数据代表全系统，数据应是系统单元的全集。油田注水地面系统效率测试和单耗计算可按照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T52651996油田注水地面系统效率测试和单耗计算方法执行。,影响油田注水系统效率和能耗的因素,一般说来,注水系统效率由注水泵效率、电机效率和注水管网效率三项乘积而得。为了更好地分析各注水单元的运行效率,可将注水管网效率进一步细化为注水干管效率、配水效率、注水单井管线效率的乘积,从而得到如下的注水系统效率计算公式:=式中,系统注水总效率;注水电机运行效率;注水泵运行效率;注水干管运行效率;配水效率;注水单井管线效率。,影响油田注水系统效率和能耗的因素,注水系统能量流动模型,3.1 油田注水系统效率计算方法 按照中华人民共和国石油天然气行业标准：油田注水地面系统测试和单耗计算方法（SY/T5265-1996），油田注水系统效率由三个方面决定：1.电动机运行效率 2.注水泵运行效率 3.注水管网运行效率,影响油田注水系统效率和能耗的因素,3.1.1 电动机运行效率 电动机运行效率（测量法）：,式中：电动机效率；电动机输入功率，KW；电动机线电流，A；电动机线电压，kV；电动机功率因数；电动机空载功率，kW；电动机定子直流电阻，k；损耗系数，一般取0.01。,影响油田注水系统效率和能耗的因素,电动机平均运行效率：,式中：电动机平均功率，；第i台电动机输入功率，kW；第i台电动机效率，。,三、影响油田注水系统效率和能耗的因素,3.1.2 注水泵运行效率 注水泵与电动机直接连接时，轴功率按下式计算：,式中：注水泵轴效率，kW。,注水泵效率计算：a.流量法,式中：注水泵效率，kW；注入泵流量，m3/h；泵进口压力，MPa；泵出口压力，MPa。,影响油田注水系统效率和能耗的因素,b.热力学法,式中：泵进口水温，；泵出口水温，；等熵温升值，。,注水泵平均运行效率：,式中：注水泵平均功率，；第i台注水泵输入功率，kW；第i台注水泵效率，。,影响油田注水系统效率和能耗的因素,3.1.3 注水管网运行效率 注水管网运行效率计算：,式中：管网运行效率，；第i口注水井井口压力，MPa；第i口注水井注水量，m3/h；第i台注水泵出口压力，MPa；第i台注水泵流量，m3/h。,注水泵流量用热力学方法测量时，按下式计算：,影响油田注水系统效率和能耗的因素,3.1.4 注水系统效率 注水系统效率按下式计算：,式中：注水系统效率，。,油田（区块）注水系统平均效率按下式计算：,式中：油田（区块）注水系统平均效率，；第i个注水注水系统效率，；第i个注水注水系统的注水泵电动机输入功率，kW。,影响油田注水系统效率和能耗的因素,3.1.5 注水系统单耗计算,影响油田注水系统效率和能耗的因素,式中：,注水系统单耗，kWh/m3；,注水系统电动机耗电量，kWh；,注水系统注水量，m3；,注水站单耗、注水泵机组单耗 计算同理,3.2 影响油田注水系统效率的因素,某油田注水系统能耗百分图,注水系统能流模型图,影响油田注水系统效率和能耗的因素,影响油田注水系统效率和能耗的因素,3.2.1 电动机 功率因数是影响电机运行效率的主要因素。对于异步电机电源，相当于一个电阻和一个电感串联负荷，因此功率因数总是小于1。下图是电机YK1800-2/990电机功率因数、电机效率随负荷系数的变化图。,影响油田注水系统效率和能耗的因素,显然，空载时，功率因数很低，一般为0.2左右。当负载增加时，功率因数很快上升，当接近额定负载时，功率因数达到最大值。另外，电动机的效率随负荷的减少而降低，特别是负荷率低于50以后电动机效率下降得更快。因此，电动机的负载是影响功率因数和电机效率的关键因素。油田注水系统电机与注水泵不配套，造成”大马拉小车“现象，使功率因数降低，电机效率降低，能耗加大。另外，降低电机绕阻和降低空载电流也能有效减小电机无功功率，提高电机运行效率。,影响油田注水系统效率和能耗的因素,3.2.2 注水泵,注水泵系统:离心泵和柱塞泵,离心泵损失与叶轮级数、泵管压差、截流损耗有关。柱塞泵损失是由泄漏损失、充填损失、机械摩擦和粘性摩擦引起。,影响油田注水系统效率和能耗的因素,3.2.3 注水管网 注水管网由管线、阀门、弯头、三通等组件组成。,注水管网的总损失：管线的沿程摩阻 配水间节流损失 单井管线损失 阀门、弯头、三通等的局部损失,目 录,国内外注水系统状况油田注水地面工程系统油田注水工艺技术影响油田注水系统效率和能耗的因素油田注水系统优化运行模型研究提高油田注水系统效率、实现节能降耗,油田注水系统优化运行模型研究,4.1 建立目标函数 4.2 约束条件 4.2.1 节点流量平衡约束 4.2.2 供、注水量平衡约束 4.2.3 注水压力约束 4.2.4 供水量约束 4.2.5 注水泵排量约束 4.3 解算方法,四、油田注水系统优化运行模型研究,4.1 建立目标函数 在建立油田注水系统模型之前，必须确定模型解决的最终目的是什么，进而确定模型的目标函数。建立油田注水系统模型是为了在现有技术和设备条件下提高注水系统效率，降低注水单耗，达到降低油田注水用电量，提高经济效益的目的。提高系统效率、降低注水单耗具体落实在油田注水系统的开泵方案和开泵机组的排量上。,四、油田注水系统优化运行模型研究,目标函数可表示为：,式中：注水站数量；单位转换系数；第i座注水站内注水泵数量，i=1，2，m；注水泵开停方案向量，其表达式为：其中 表示第i座注水站内第j台注水泵的开停方案，1为开启，0为停止 注水泵排量向量，其表达式为：其中 表示第i座注水站内第j台注水泵的排量；、第i座注水站内第j台注水泵的出口压力、入口压力；、第i座注水站内第j台注水泵的效率、电机效率。,四、油田注水系统优化运行模型研究,4.2 约束条件 4.2.1 节点流量平衡约束 对于注水管网中的任一节点，在任一时刻和时间区间内流向该节点的流量必然等于从该节点流出的流量，它们之间保持平衡。如图所示，流进和流出节点的流量有三种类型：与该节点相邻管元的流量；该节点的用水量；该节点为水源时的供水量；,节点i的流量平衡图,四、油田注水系统优化运行模型研究,节点流量平衡方程为：,式中：节点i的输入流量；节点i的输出流量；管网中与节点i相连的节点标号集合；节点i输往节点j的流量；管网中的节点总数。,四、油田注水系统优化运行模型研究,4.2.2 供、注水量平衡约束 注水泵的总供水量与各注水井的总注入量之间应保持平衡，即满足：,式中：Sp为注水井节点集合,四、油田注水系统优化运行模型研究,4.2.3 注水压力约束 为了保证来水能够顺利注入地层，注水井的来水压力应该不低于注水井所要求的最低压力，即满足：,式中：pi为管网系统中第i节点的注水压力；p为注水压力约束许用值。,四、油田注水系统优化运行模型研究,4.2.4 供水量约束 为了保证系统能够正常运行，各注水站排量应该在其供水能力范围内，即满足：,式中：i1，2，m；j1，2，npi；第i座注水站供水量约束的上限；第i座注水站供水量约束的下限。,4.2.5 注水泵排量约束 对于已经开启的注水泵，其排量必须满足最小和最大排量限制，即：,四、油田注水系统优化运行模型研究,式中：i1，2，m；j1，2，npi；第i座注水站内第j台注水泵的最大排量；第i座注水站内第j台注水泵的最小排量。,四、油田注水系统优化运行模型研究,4.3 解算方法 在注水系统运行方案优化数学模型中，注水泵开停方案变量属于01变量，注水泵排量属于连续变量，目标函数和约束条件包含有设计变量的非线性函数关系，因此该优化问题属于非线性混合变量优化设计问题。对于中等规模的注水系统，设计变量的数目一般达几十个甚至上百个，等式和不等式约束条件的数目多达几百个甚至上千个，因此对其进行直接求解是十分困难的。,四、油田注水系统优化运行模型研究,4.3 解算方法 从前面的分析中可知，所形成的管网系统总体方程的维数达几千维。对于这样大型的非线性方程组，在求解时要占用大量的计算机内存，大大降低运算速度，有时甚至造成方程组无法求解。所以，在解算注水管网系统总体方程之前，首先对管网进行简化，也就是对管网系统的总体方程进行降维或降阶处理，同时保留揭示原系统本质特征的主要信息。解非线性方程组常用的方法有：简单迭代法、牛顿法和拟牛顿法。,四、油田注水系统优化运行模型研究,运用系统工程理论、拓扑学方法、数字仿真和优化技术进行提高油田注水地面工程系统效率技术研究的基本原理：通过建立数学模型、简化节点联接、设定约束条件，以注水单耗最低为目标函数，建立柱塞泵/离心泵注水系统运行参数优化的数学模型，应用改进的约束变尺度法求解，给出优化的开泵方案，实现注水能量资源的合理分配，达到提高油田注水地面工程系统效率的目的。,目 录,国内外注水系统状况油田注水地面工程系统油田注水工艺技术影响油田注水系统效率和能耗的因素油田注水系统优化运行模型研究提高油田注水系统效率、实现节能降耗,提高油田注水系统效率、实现节能降耗,1 电动机选择2 注水泵选择 3 管网规划与设计4 注水系统运行参数调节5 油田注水生产实时分析设计专家系统WES,节能降耗和管网改造基本上从电动机、注水泵、管网三方面采取相应措施。,1 电动机选择 注水站内由于设备、管线腐蚀穿孔等原因，经常泄漏污水。尽量选用高效节能型电机，结合油田实际情况，合理选型，例如，污水温度高，蒸发快，使空气中含有大量盐份，空气中腐蚀性强，易侵入电机内使线圈受潮增大电阻，加大了无功损失，使电机效率降低。因此，设计时应尽量选用全封闭式上水冷电机；要与注水泵合理匹配，避免造成电机损耗大，无功功率损失等问题。,提高油田注水系统效率、实现节能降耗,提高油田注水系统效率、实现节能降耗,1 电动机选择 同步电动机在注水系统中的应用 现今绝大多数油田都采用三相异步电动机拖动注水泵，其容量之大已成为石油生产过程中的主要耗电设备之一。异步电动机是一种感性负荷，其额定状态下的功率因数为0.800.85，大量的无功消耗增加了电能的损耗。目前，在提高功率因数方面只是依靠电力电容器进行无功补偿，虽然此方法简便、易行，但电容器寿命短，故障率高。而同步电动机对于提高电网功率因数，改善电压质量是一种行之有效的措施。,2 注水泵选择如果是高压、低渗透、小断块油田，其注水量小，少数油田区块若选用离心泵，泵效达不到高效区的标准要求，则优先选用柱塞泵。其在水力性能、泵效、漏失量等方面都较离心泵优越，泵效可达80%90%，而且运行灵活，调节水量方便，比使用离心泵节能效果明显。大港油田就