油田注水密闭节能节水工艺研究与应用

油田注水密闭节能节水工艺研究与应用

范春林，李朋，郭逸飞，陈超

长庆油田第四采油厂  陕西省榆林市

摘要：油田常规注水站采用“原水罐、清水罐两级常压储存，加压泵、喂水泵两级加压、篮式过滤、纤维球粗滤、PE烧结管精细过滤三级过滤”的清水处理工艺，处理后的水常压储存于清水罐中，然后由喂水泵输送到注水泵，升压后注水。整个工艺不密闭，喂水泵、反洗泵二次提升耗能较大，处理后的水在清水罐储存过程中与大气再次接触，溶解氧升高，滋生细菌。通过油田注水密闭节能工艺研究，对“连续在线过滤、变流供水、气压罐吞吐稳压”等关键技术进行攻关，将加压泵+自清洗过滤+PE烧结管精细过滤进行智能集成，处理后的清水一次加压直接进入注水泵，实现流程密闭，大幅缩短处理流程，减少了溶解氧，提高了水质。节能节水效果显著。

关键词：密闭；连续在线过滤；变流供水；气压罐；节能；节水

随着油田开发的不断推进，注水系统的设计和工艺条件也出现了巨大的改变，许多注水站存在着工艺不合理、能源消耗较高、运行效率较低等问题，需要采取针对性的措施进行改善。

1注水系统运行效率影响因素分析

1.1注水设备的效率

根据油田运行的实际情况来看，通过对现场状况的分析，进行电机型号的合理选择是节约能源的有效途径。要保证电机跟注水泵具有合理的匹配度，从而避免风险问题的出现，不可因为某些低级错误造成电机效率的降低。如果选择的泵型号不合理，会引起回流的出现，影响泵效率。所以，在进行生产中，要选择科学的注水泵型号，要使其跟实际的注入量匹配，保证其效率发挥到最佳，从而降低能耗损失[1]。

1.2注水管网效率

注水管网效率这一词汇较为专业，指的是把注水井压力、每天注入水的体积、出口位置的压力、排出量利用一定的关系计算出的数值。其中最主要的影响因素是泵出口到井口位置管网压力的损耗跟注水量和泵排出量之间的比值。在实际生产当中，设计的合理性、管网连接件匹配度、配件损失情况等都会对管网运行效率产生影响。

1.3系统运行的合理性

注水系统具有很高的复杂性且工程较为庞大，是由多个子系统构成的，每个环节对于系统的运行效率都具有重大的影响。要想系统效率达到最高，需要各个环节之间的匹配度达到最理想的状态。比如现场所需的注水量出现变化，就需要间注水参数进行及时的调整，从而保证系统运行的效率。

2工艺现状

目前，c油田注水站清水处理采用“原水罐、清水罐两级常压储存，加压泵、喂水泵两级加压、篮式过滤、纤维球粗滤（需配套反洗泵）、PE烧结管精细过滤三级过滤”的处理工艺，注水采用“喂水泵二次加压+柱塞泵的注水工艺，注水水质基本满足了低渗透油田“注好水”的注水开发要求。已建注水站工艺流程详见图1。

图1注水站现有工艺框图

3存在的不足

“原水罐、清水罐两级常压储存，加压泵、喂水泵两级加压、篮式过滤、纤维球粗滤(需配套反洗泵)、PE烧结管精细过滤三级过滤”的处理工艺存在不足如下：处理后的水进入清水罐缓冲，余压释放，注水时需要喂水泵二次加压提升至柱塞泵。以规模为1500m3/d的注水站，共设喂水泵3台，单台功率5.5kW，年消耗电能约14.5×104kW·h。处理过程中纤维球过滤器需配套反洗泵2台,流量160m3/h，单台功率22kW，过滤器搅拌机4kW/台，每天反洗3次，反洗10min，年消耗电能约0.5×104kW·h，年耗水2.9×104t。处理后的水在清水罐储存过程中与大气再次接触，溶解氧升高，滋生细菌，影响水质。如图2，常规注水站均设有1具清水罐。另外，注水站内水处理系统中两种过滤器反洗再生方式不同，配套设施较多，工艺操作复杂，投资较高。纤维球过滤器采用气水混合反洗，反洗需要采用离心泵加压，反洗水水量较大，PE烧结管采用空气反洗和药剂再生。

图2常规注水站效果图

4密闭工艺研究

通过油田注水密闭节能工艺研究，对“连续在线过滤、变流供水、气压罐吞吐稳压”等关键技术进行攻关，将加压泵+自清洗过滤+PE烧结管精细过滤进行智能集成，处理后的清水一次加压直接进入注水泵，实现流程密闭，大幅缩短处理流程，减少了溶解氧，提高了水质。原水罐来水在进入加压泵前需要经过篮式过滤器将水中的较大固体进行过滤，过滤后原水经加压通过自清洗过滤器粗滤、然后经PE烧结管过滤器精细过滤，达标后再经注水泵二次升压回注地层。密闭工艺流程见图3。

图3注水站改进工艺框图

（1）原水处理采用三级过滤，第一级过滤采用篮式过滤器，过滤精度178µm，主要用于投产初期将水中的砂石，焊渣等较大固形物进行过滤，对加压泵进行保护。加压泵出水通过自清洗过滤器进行二次过滤，过滤精度50µm，对水中的泥沙进行拦截。自清洗过滤器出水直接进入PE烧结管过滤器进行精细过滤，过滤精度1µm。

（2）自清洗过滤器采用全自动控制，过滤器采用滤网过滤，过滤精度50µm，过滤压差达到100kPa时自动清洗滤网，清洗时不断流，仍可继续过滤，一次清洗大约消耗原水的千分之一。

（3）PE烧结管过滤器运行方式采用互为备用，实时差压监测，当在线PE烧结管过滤器压差超过170kPa时，连锁电动阀实现工作/备用过滤器的自动切换，保证连续过滤[1]。

（4）注水泵进口管线间设压力变送器1套，与加压泵频率联动，保证产水量和注水量时刻匹配。

（5）整个系统采用全胆隔膜式气压水罐进行稳压，气压水罐有效容积为加压泵额定流量的30S水容量，用于消除加压泵变频器之后和自清洗过滤器在线清洗时所消耗水量，使整个系统运行稳定。

5节能分析

采用压力—水泵频率闭环控制后，装置根据供水泵进口压力，实时调整电机频率，从而改变供水泵运行工况，使系统始终处于高效工况下运行。不同工况下消耗定额见表1。

表1不同工况下能耗一览表

经现场测试，水处理-注水中间工艺装置运行参数达到了以下指标：在线反洗，反洗时不断流，反洗时间5~15s。反洗损失水量占过滤水量的0.1%。反洗流量损失为正常时的10%。过滤精度达到了1µm。与同规模的1500m3/d标准化注水站相比，能耗对比详见表2。根据对比，在开展注水站工艺优化及节能技术研究应用后，仅注水泵喂水及传统的粗过滤环节就节能83.1×104kW·h/a，节水8200m3/a（按全年运行365天计）。

表2能耗对比表

6应用效果

原水一次加压，自清洗过滤器，PE烧结管过滤器对余压进行充分利用，节能62.9%。自清洗过滤器无需反洗，与纤维球过滤器相比，节能99%。处理后的清水一次加压直接进入注水泵，实现流程密闭，大幅缩短处理流程，减少了溶解氧，提高了水质。水中腐生菌（TGB）、硫酸盐还原菌（SRB）、铁细菌（FB）都得到有效抑制。提高了注水站水处理环节的控制水平。由原来的全手动控制变为水处理全过程集中控制、检测，实现主工艺自动运行，辅助工艺(过滤器空气反吹、再生等）自动提示，具有自动诊断、工况优化、实时监测、故障预警、紧急切换等功能。电控及仪表均实现了集装箱集成，如图4所示。

图4密闭工艺注水站效果图

7结语

通过油田注水密闭节能节水工艺研究，将加压泵+自清洗过滤+PE烧结管精细过滤进行智能集成，实现清水处理的流程全密闭，原水一次加压，中间无需泄压后二次提升，节约了电耗。通过先进完整的逻辑控制和本质安全设计，使得整个系统在操作性、经济性、安全性方面与常规注水站有了较大提升，适应了目前的数字化要求。

参考文献：

[1]左晨，任晓峰，李卫.一种橇装清水注水站的水处理及注水控制方法，2018,44(05):139-140.

[2] 张淑芳. 油田地面工程建设中标准化注水站的应用[J]. 化学工 程与装备, 2020(5):2.

[3] 孙崇亮. 油田地面工程辅助前期咨询资料管理系统分析[J]. 油 气田地面工程, 2019, 38(9):3.