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仿真优化PCP技术在扶余油田注水系统中的应用

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仿真 优化 PCP 技术 扶余 油田 注水 系统 中的 应用
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·142· 钻 采 工 艺 008年11月 008 仿真优化雪松,李兴科,刘学武,汪忠宝 (中国石油吉林油田公司采油工艺研究院) 梅雪松等.仿真优化采工艺,2008,31(6):142~145 摘要:扶余油田是一个开发了近40年的老油田,有1700多口注水井的复杂注水网络系统,随着开发的不断 进行,注水量和耗电量的大幅上升,注水能耗成为制约扶余油田可持续发展的主要问题之一。提高注水效率、降低 注水耗能已成为节能降耗的主要任务。利用仿真优化技术对扶余油田注水系统进行了整体的评价后,发现了注水 系统中存在的问题,并提出了改造方案;扶余油田注水站的流量调节主要采用阀门控制,造成泵管压差过高,电动 机长期处于高耗能状态运行,在应用够达到降低泵管压差、节能降耗的目的,同时可以通 过关键词:节能降耗;节能降耗;仿真优化;扶余油田 中图分类号:57.6 文献标识码:B 文章编号:1006—768X(2008)06—0142—04 油田生产主要耗电单元是各类以电为能源的举升设备, 2006年度吉林油田总耗电量为80 160 X 10 kW·h,注水系 统总耗电量为21 677×10 kW·h,约占总耗电量的27.04%, 约占地面工程总耗电量的59.1%,可见,注水系统节能降耗 对油田的可持续发展具有不可忽视的作用。 吉林油田注水系统能耗中的电机损耗、注水泵损耗、管 网损耗、系统效率各占系统的百分比和注水系统平均效率见 图1。 100 8O 6O ~ 40 20 O 电机损耗 注水泵损耗 管网损耗 系统效率 图1 注水系统各项能耗百分比示意图 一、扶余油田注水系统现状 扶余油田目前有注水站3座,分别为中心处理站注水 站、1 放水站和2 放水站,三座注水站联网运行,其中中心处 理站注水站现设计规模为16 800 m /d,井口最大注入压力 8.0 辖注水问94座,辖注水井628口;1 放水站现设 计注水能力12 400 m /d,井口最大注入压力8.0 辖 注水间80座,辖注水井376口;2 放水站现设计规模为 13 440 m /d,井口最大注入压力8.0 辖注水间84 座,辖注水井717口。 二、注水系统仿真优化评价技术 1.仿真优化评价技术原理 仿真优化评价技术在预先建立了管网结构模型和系统 仿真模型、确定了仿真算法的前提下,通过计算机按照现场 实际井、站的生产负荷情况以及管线的连接情况,提取当日 注水井和注水站的生产数据,模拟计算出注水管网各段的管 线压力损失、各节点处的压力和流量,并实现系统的模拟运 行。可进行以下两个方面的评价: . (1)分析注水井及管网压力分布情况,优化注水管网。 通过对当前注水系统生产数据的模拟仿真,找到当前管网中 存在的一些问题,分析管网压降损失、井口泵压与油压差值 是否较大,还能完成对各注水站所辖注水半径的搜索,确定 各注水站所辖注水区域的管网效率及注水站至端点井的最 大压力损失;将管网出现的问题(如注水管网压损、管线流 速)以图表方式展现出来,供管理者直观了解并进行分析,并 对管网中存在的不合理部分提出改造建议。 (2)制定注水系统优化运行方案。以注水系统单耗最小 为目标,以注水站供水量、注水泵最大、最小排量、注水井的 配注压力和流量为约束条件,在现有的管网情况下,应用优 化理论和方法进行站排量优化、开泵方案和运行参数的优 化,实现注水系统的优化运行,包括注水站运行工况、注水泵 特性曲线等。 2.扶余油田仿真优化评价结果 (1)管网结构不合理,管网运行效率低,系统效率低。扶 收稿日期:2008—07—22 作者简介:梅雪松(1980一),助理工程师,2004年毕业于长江大学给水排水工程专业,毕业后一直从事油田地面工程工作。地址 (138000)吉林省松原市,电话:0438—6336060。 第31卷 1 第6期 钻 采 工 艺 143· 余油田注水管网效率为51%,注水系统效率36.47%,分析 主要原因为注水管网结构不合理,造成系统效率降低,计算 结果见表1。 表1 扶余油田仿真优化评价结果 注水泵平均运行效率(%) 离心泵:74.46,柱塞泵:0.00 注水站平均运行效率(%) 62.80 注水系统效率(%) 36.47 注水管网运行效率(%) 50.56 电机平均效率(%) 90.日出口水量(m ) 32191 井口日实注水量(m ) 29663 系统日耗电(kW·h) 站算单耗(kW·h/m ) 3.59 按井口算单耗(kW·h/m ) 3.90 (2)注水半径分布不合理。图2注水半径分布图中,左 侧深色为中心处理站注水区域、中间浅色为1 放水站的注水 区域、右侧深色为2 放水站的注水区域,可见中心处理站和 2 放水站注水半径较大,遍布了管网的大部分区域。 (3)为满足少数高压井,带动整个系统压力升高,造成管 网及系统效率降低,能耗大。高压的注水井一般实注压力均 为8.0 压注水井主要集中在2 放水站的附近,而其 他的井压力分布都比较均匀。 (4)2 放水站至端点井的压力损失大,管网结垢严重。 扶余中心站和I 放水站至端点井泵压的最大损失比较合理, 而2 放水站的损失过大,已经达到了1.62 过了注水 系统经济运行要求的1 图2注水半径分布图 (5)泵管压差大。目前扶余三座注水站内泵管压差普遍 超过1 远大于局标0.5 明系统存在高 耗能点,需要采取措施来遏制能耗的上升。 (6)自动化程度低,注水泵参数调节不及时且范围有限。 扶余油田注水站一直采用每2 制度,信息反馈速度慢,造成不能根据生产变化对运行参 数进行随时调整,使机组未能处于最佳运行状态。由于设备 无调节手段,只能通过改变出口阀的开度来调节注水泵参 数,调整效果不理想,而且能耗损失大。 三、注水系统节能降耗技术对策 1.更新清洗管线 需要更新或清洗的管线见表2。 表2更新或清洗管线情况表 直径 长度 壁厚 流速 压力损失 管线编号 始节点 末节点 ((m) ((m/s) (· 1 中心处理站 219 575 14 2.217 0.23 86 中心处理站 219 64|D 14 2.216 0.21 103 节40 9 1.638 0.24 261 节3—20 节7 159 518 11 1.819 0.21 270 2 放水站 节10—04 219 320 14 2.396 0.15 271 节10—04 节10—05 219 252 14 2.313 O.1l 274 节12—05 节+14—05.1 219 488 14 2.207 O.19 275 节+14—05.1 9 219 655 14 2.207 0.26 2.针对部分高压单井,实施局部增压,整体降压 通过仿真运行,分析出了10口注水井对整个系统,特别 是对2 放水站的注水压力影响较大,如果对这10口井(见表 3)进行单独的增压,可以降低注水系统中站的压力。 3.优化注水泵开泵方案实现系统优化运行 根据优化站排量计算结果,再结合实际生产中的泵特性 曲线,得出的初步结果是应增大1 放水站的供水能力,来缓 解中心处理站和2 放水站的供水压力。通过分析,认为以下 分配方案将是较优的,其注水半径、泵的特性曲线都在比较 理想的范围(见表4)。 4.引入了控泵)变频调速技术 扶余油田2 放水站安装有60×6型注水泵3 台套,正常生产每天运行两台机组。注水泵日供水量12 700 m 左右。2 放水站对站外不同注入压力需求调整余地小,对 注水量变化的适应能力差,主要反映在高压离心注水泵没有 采取变频控制或减级手段来控制流量和压力,而是采取打回 流或节流等方式来控制,出口阀门截流严重,致使泵管压差 大,平均为1.7 均注水单耗4.0 kW·h/m ;同时注 ·144· 钻 采 工 艺 008年11月 008 水泵运行工况偏离高效区,注水泵效72.5%,泵效远远低于 成本高。为此,在2 放水站应用了石化78%的考核要求。造成效率低、电耗能量大,注水生产 表3注水系统中高压增注井列表 油压 日注量 所属 油压 日注量 所属 注水井 注水井 ((m ) 配水间 ((m ) 配水间 8.2 19 8 25 8 29 77 9.1 8 49 100 4.2 7.9 20 6 .21 8 46 8.2 2.1 7.8 33 6 1.1 7.7 33 72 0.4 7.7 36 70 X+3—9.2 7.7 77 2 7.6 50 4 表4运行优化前后效果预测表 中心处理站输出水量 1 放水站输出水量 2 放水站输出水量 l 放水站 2 放水站 对比 (m。/d)及管压((m /d)及管压((m /d)及管压(管网效率(%) 管网效率(%) 优化前 129.3 6359 8 12710 8.3 58.624 54.463 优化后 12386 8.2 7477 8.2 12.2 60.347 53.662 系统日供 系统日耗 系统单耗 注水管网运 注水系统 泵平均运 中心处理站 对比 水量(m ) 电(kW·h) (kW· 行效率(%) 效率(%) 行效率(%) 管网效率(%) 优化前 31973 114.59 50.56 36.47 76.03 61.037 优化后 31973 .49 53.64 39.46 — 62.461 后在高压 注水泵进水端添加前置增压泵,即高压注水泵与前置增压泵 串联,通过增压泵电机变频控制调节增压泵的输出压力和流 量,达到调控高压注水泵输出压力和流量的目的,实现泵控 泵思想,使大功率注水泵始终运行在高效区。 增压泵的串联特性,根据泵特性的串联叠加原理,流过增 压泵和注水泵的流量相等,输出压力等于增压泵和注水泵输 出压力之和,系统运行工况点是两泵串联特性曲线和注水管 路系统特性曲线的交点,采用等流量下泵输出压力叠加的方 法绘制系统的Q—图3、图4、图5所示。 300m3/h Q 图3增压泵特性曲线 图3增压泵在不同转速(n。
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