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【摘 要】本文从注水系统实际出发，在对注水系统的现状进行调查的基础上，对目前注水系统存在的问题及注水系统能耗进行了分析，并应用节能技术，降低注水系统能耗。对油田降低能源消耗，节约成本具有重要的现实意义。
【关键词】注水能；耗节能
0.前言
注水是油田开发中的一种十分重要的开采方式，它可以有效地补充地层能量，在提高原油采收率，确保油田高产、稳产中起到了积极作用。然而，注水系统的耗电量是巨大的，约占我国油田生产用电的33%～56%[1]。而且随着油田综合含水率的上升，注水能耗还将急剧上升。因此，注水系统的节能降耗对于降低油田生产成本具有重要的意义。注水系统消耗的能量可以分为三大部分，一是驱动注水泵电机及注水泵消耗的能量；二是管网摩阻损失及管网上各种控制阀件耗能，通常用管网效率来描述；三是将水注入油层所需的能量，这部分能量决定于油层所要保持的压力、储油层的性质和油层的动态等因素，由于这部分能量的损耗涉及其他专业，故本文不进行讨论。
1.注水泵及其驱动电机的节能降耗
注水泵选择大排量离心注水泵。当所选离心泵为多级时，其压力应与注水干线压力相匹配，泵出口阀前后压差过大时，可采用拆泵级数，车削泵叶轮外径等措施来降低压差。拆级时应注意除拆去叶轮外，还应拆去导翼，并在转子及中段上各加相应的隔套和导流套，这样泵拆级后效率下降很少，一般在1%以内。如果需要提高注水压力，可再将拆下的叶轮装上，可很快恢复到原来状态，不但节电，而且可使泵始终在高效区工作。我们针对两座注水站泵管压差大，阀门节流损失高的问题，将注水泵由11级减为10级，注水站车削注水泵叶轮满足泵压与注水压力的匹配要求。
目前，国内注水泵站是按最不利条件下的流量和扬程配置的，选择的离心泵流量过大，扬程过高。注水泵一般规定了最佳工作点（即BEP），但在实际生产中，泵站的流量和扬程在大部分时间内远远低于所设计的流量和扬程，从而使泵偏离BEP运行。而且设备规格过大性能参数偏离，可能带来设备运行不稳定。如液体流动状态紊乱会造成轴承、密封件损坏甚至轴断裂；生成气穴会使轴向力和径向力增大。这些问题不但造成安全隐患，还消耗了大量能量。因此必须采取相应的调节措施，使水泵适合负荷的变化运行。
1.1改变叶轮的几何参数
车削叶轮，从离心泵的切割定律知道，当叶轮外径经车削略微变小后，泵的H～Q曲线将向下移动，在管路特性曲线不变的情况下，泵的工况点变动，流量变小。由于叶轮切削后不能恢复，车削量有限，因此只能用于要求流量长期不变的场合。
1.2多级水泵的拆级
多级离心泵可以通过拆级来改变水泵的特性曲线，拆级后的水泵扬程降低，流量增大，与没拆级水泵比较能节约电能，且水泵的拆级和恢復是可逆的，因此适用于压力变化的场合。
1.3转速调节
注水泵的调速方法有两种：一是将注水泵直接与调速电动机连接，当改变电动机转速时，泵的转速得到改变；二是在离心泵与交流电动机之间增加一调速设备，当不改变电动机的转速时，通过调速设备来改变离心泵的转速。调速电动机有两大类：一类是有附加转差损耗的调速系统，如转子串电阻调速、定子调压调速、电磁调速等；另一类是无附加转差损耗的调速系统，如串极调速、变极调速等。有附加转差损耗的调速系统，有能量损失，故效率较低。无附加转差损耗的调速系统中的变频调速技术不仅使调速对象产生节能效果，而且能对系统其它部分产生有利影响，使整个系统获得更好的节能效果，因此是值得大力推广的。调速设备主要有液力调速离合器和调速型液力耦合器两种。
注水泵可分两类，一类为提升类用泵，即泵所增加的扬程主要用于管路所需要的工作压力，如联合站污水处理系统中的离心泵、注水站供液泵、水塔上水泵；另一类为输送类用泵，即泵增加的扬程主要用于管路的摩阻损失，如长距离输水泵。大多数离心泵兼有提升类和输送类性质，只不过各有侧重。注水泵调速节能控制系统可分为定压调速和变压调速两种。对侧重点不同的泵，只有根据实际使用情况配以恰当的调速控制系统，才会有理想的效果。注水泵的定压调速是以满足最大流量下的压力值为调速信号，当排量变化时，调速泵的排出压力不变，从而节约了电能，输送类泵排量明显大于提升类水泵，因此其采用定压调速节能效果不如提升类泵。注水泵的变压调速与给水系统的管路特性曲线密切相关，当给水量减少时，由于提升类泵管路曲线中的工作压力大于输送类泵的工作压力，满足系统所需的泵压显然是提升类泵大于输送类泵，也就是说采用变压调速控制系统时，输送类泵的节能效果优于提升类水泵。
2.管网节能降耗
国内油田注水系统管网效率偏底，管网摩阻损失及各种控制阀件耗能偏高，有很大的节能降耗空间。
2.1做好规划设计
注水站尽量布置在注水管辖区的中心位置，注水半径应为5km之内，将注水泵到注水井口的压力损失控制在1MPa之内。对于边远区块油田，可采用小站注水流程，减少因高压管线过长，使管网沿程阻力损失增大。有些注水系统管辖区内不同注水井的吸水能力不同，造成注水压力差别较大，为迎合部分高压井而被迫提高整个管网的注水压力则节流损失将大大增加。这时应把高压井和低压井区别对待，采取高压井与低压井分设管网，分别使用或共用低压泵供水，对高压井增设增压泵。在流量一定时，流速的确定会直接影响管网的投资和运行费用。流速取值小时，管径增大，相应的管网造价增加，而管段中的水头损失减小，水泵所需扬程将降低，运行费用将会降低，因此在管网设计时，应当对注水管网的管径进行优化设计。
2.2改变管网结构参数，提高系统效率
注水管网结构参数包括输水支管、总管，吸水支管、总管等长径参数及管道弯头角度等。由雷诺数Re=DU/v知，无论是泵出水管还是总汇管，其“雷诺数Re”值均已进入“阻力系数值K不随Re变化段”。因而，改变管中流态以降低沿程损失，作为节能途径是不可取的。将直管与总管间的90°汇流角改为135°汇流角，对比测试压力损失值。在相同工况下，压力损失值相对减小25%。所以改变支管汇流角及弯头角度，在一定程度上可减小其局部压力损失。在结构布局许可的前提下，尽量做到管路“短而直”，以减少沿程压力损失和局部压力损失。
2.3尽量减少管网流量与压力损失
管网流量损失主要是因为阀件、接头等元件中过液件腐蚀，密封受损和老化引起泄漏造成的，属非功能性流量损失。只要选择高质量阀件、及时更换易损密封件，提高管理与操作水平，这部分非功能性流量损失是可以避免的。压力损失的大部分消耗在各控制阀件及球形稳压器上。而这些控制阀件，是管网控制功能所需要的，这部分压力损失属功能性损失，无法消除，可通过开发高效节能元件来降低这部分损失。
2.4降低管网磨损，提高注水水质
合理选择注水管管径，管径小，流速快，则使管网磨损加大，能耗增加；降低管道内壁粗糙度，管网磨损与其粗糙系数的平方成正比，由于油田注入水水质腐蚀性较强，注水管的制造应采用耐腐蚀材料并采用防腐工艺；改善注入水水质，在注入污水之前，可以采取加缓蚀剂、防垢剂以及污水过滤处理等措施来减少水质对管网的破坏。影响注水管道压力损失的最大原因是结垢，结垢造成管径变小，流阻增大，尤其是单井管道，数量大，结垢严重，压损大。
【参考文献】
[1]张和烽.油田注水系统仿真与运行优化研究[D].武汉理工大学，2010.
【关键词】注水能；耗节能
0.前言
注水是油田开发中的一种十分重要的开采方式，它可以有效地补充地层能量，在提高原油采收率，确保油田高产、稳产中起到了积极作用。然而，注水系统的耗电量是巨大的，约占我国油田生产用电的33%～56%[1]。而且随着油田综合含水率的上升，注水能耗还将急剧上升。因此，注水系统的节能降耗对于降低油田生产成本具有重要的意义。注水系统消耗的能量可以分为三大部分，一是驱动注水泵电机及注水泵消耗的能量；二是管网摩阻损失及管网上各种控制阀件耗能，通常用管网效率来描述；三是将水注入油层所需的能量，这部分能量决定于油层所要保持的压力、储油层的性质和油层的动态等因素，由于这部分能量的损耗涉及其他专业，故本文不进行讨论。
1.注水泵及其驱动电机的节能降耗
注水泵选择大排量离心注水泵。当所选离心泵为多级时，其压力应与注水干线压力相匹配，泵出口阀前后压差过大时，可采用拆泵级数，车削泵叶轮外径等措施来降低压差。拆级时应注意除拆去叶轮外，还应拆去导翼，并在转子及中段上各加相应的隔套和导流套，这样泵拆级后效率下降很少，一般在1%以内。如果需要提高注水压力，可再将拆下的叶轮装上，可很快恢复到原来状态，不但节电，而且可使泵始终在高效区工作。我们针对两座注水站泵管压差大，阀门节流损失高的问题，将注水泵由11级减为10级，注水站车削注水泵叶轮满足泵压与注水压力的匹配要求。
目前，国内注水泵站是按最不利条件下的流量和扬程配置的，选择的离心泵流量过大，扬程过高。注水泵一般规定了最佳工作点（即BEP），但在实际生产中，泵站的流量和扬程在大部分时间内远远低于所设计的流量和扬程，从而使泵偏离BEP运行。而且设备规格过大性能参数偏离，可能带来设备运行不稳定。如液体流动状态紊乱会造成轴承、密封件损坏甚至轴断裂；生成气穴会使轴向力和径向力增大。这些问题不但造成安全隐患，还消耗了大量能量。因此必须采取相应的调节措施，使水泵适合负荷的变化运行。
1.1改变叶轮的几何参数
车削叶轮，从离心泵的切割定律知道，当叶轮外径经车削略微变小后，泵的H～Q曲线将向下移动，在管路特性曲线不变的情况下，泵的工况点变动，流量变小。由于叶轮切削后不能恢复，车削量有限，因此只能用于要求流量长期不变的场合。
1.2多级水泵的拆级
多级离心泵可以通过拆级来改变水泵的特性曲线，拆级后的水泵扬程降低，流量增大，与没拆级水泵比较能节约电能，且水泵的拆级和恢復是可逆的，因此适用于压力变化的场合。
1.3转速调节
注水泵的调速方法有两种：一是将注水泵直接与调速电动机连接，当改变电动机转速时，泵的转速得到改变；二是在离心泵与交流电动机之间增加一调速设备，当不改变电动机的转速时，通过调速设备来改变离心泵的转速。调速电动机有两大类：一类是有附加转差损耗的调速系统，如转子串电阻调速、定子调压调速、电磁调速等；另一类是无附加转差损耗的调速系统，如串极调速、变极调速等。有附加转差损耗的调速系统，有能量损失，故效率较低。无附加转差损耗的调速系统中的变频调速技术不仅使调速对象产生节能效果，而且能对系统其它部分产生有利影响，使整个系统获得更好的节能效果，因此是值得大力推广的。调速设备主要有液力调速离合器和调速型液力耦合器两种。
注水泵可分两类，一类为提升类用泵，即泵所增加的扬程主要用于管路所需要的工作压力，如联合站污水处理系统中的离心泵、注水站供液泵、水塔上水泵；另一类为输送类用泵，即泵增加的扬程主要用于管路的摩阻损失，如长距离输水泵。大多数离心泵兼有提升类和输送类性质，只不过各有侧重。注水泵调速节能控制系统可分为定压调速和变压调速两种。对侧重点不同的泵，只有根据实际使用情况配以恰当的调速控制系统，才会有理想的效果。注水泵的定压调速是以满足最大流量下的压力值为调速信号，当排量变化时，调速泵的排出压力不变，从而节约了电能，输送类泵排量明显大于提升类水泵，因此其采用定压调速节能效果不如提升类泵。注水泵的变压调速与给水系统的管路特性曲线密切相关，当给水量减少时，由于提升类泵管路曲线中的工作压力大于输送类泵的工作压力，满足系统所需的泵压显然是提升类泵大于输送类泵，也就是说采用变压调速控制系统时，输送类泵的节能效果优于提升类水泵。
2.管网节能降耗
国内油田注水系统管网效率偏底，管网摩阻损失及各种控制阀件耗能偏高，有很大的节能降耗空间。
2.1做好规划设计
注水站尽量布置在注水管辖区的中心位置，注水半径应为5km之内，将注水泵到注水井口的压力损失控制在1MPa之内。对于边远区块油田，可采用小站注水流程，减少因高压管线过长，使管网沿程阻力损失增大。有些注水系统管辖区内不同注水井的吸水能力不同，造成注水压力差别较大，为迎合部分高压井而被迫提高整个管网的注水压力则节流损失将大大增加。这时应把高压井和低压井区别对待，采取高压井与低压井分设管网，分别使用或共用低压泵供水，对高压井增设增压泵。在流量一定时，流速的确定会直接影响管网的投资和运行费用。流速取值小时，管径增大，相应的管网造价增加，而管段中的水头损失减小，水泵所需扬程将降低，运行费用将会降低，因此在管网设计时，应当对注水管网的管径进行优化设计。
2.2改变管网结构参数，提高系统效率
注水管网结构参数包括输水支管、总管，吸水支管、总管等长径参数及管道弯头角度等。由雷诺数Re=DU/v知，无论是泵出水管还是总汇管，其“雷诺数Re”值均已进入“阻力系数值K不随Re变化段”。因而，改变管中流态以降低沿程损失，作为节能途径是不可取的。将直管与总管间的90°汇流角改为135°汇流角，对比测试压力损失值。在相同工况下，压力损失值相对减小25%。所以改变支管汇流角及弯头角度，在一定程度上可减小其局部压力损失。在结构布局许可的前提下，尽量做到管路“短而直”，以减少沿程压力损失和局部压力损失。
2.3尽量减少管网流量与压力损失
管网流量损失主要是因为阀件、接头等元件中过液件腐蚀，密封受损和老化引起泄漏造成的，属非功能性流量损失。只要选择高质量阀件、及时更换易损密封件，提高管理与操作水平，这部分非功能性流量损失是可以避免的。压力损失的大部分消耗在各控制阀件及球形稳压器上。而这些控制阀件，是管网控制功能所需要的，这部分压力损失属功能性损失，无法消除，可通过开发高效节能元件来降低这部分损失。
2.4降低管网磨损，提高注水水质
合理选择注水管管径，管径小，流速快，则使管网磨损加大，能耗增加；降低管道内壁粗糙度，管网磨损与其粗糙系数的平方成正比，由于油田注入水水质腐蚀性较强，注水管的制造应采用耐腐蚀材料并采用防腐工艺；改善注入水水质，在注入污水之前，可以采取加缓蚀剂、防垢剂以及污水过滤处理等措施来减少水质对管网的破坏。影响注水管道压力损失的最大原因是结垢，结垢造成管径变小，流阻增大，尤其是单井管道，数量大，结垢严重，压损大。
【参考文献】
[1]张和烽.油田注水系统仿真与运行优化研究[D].武汉理工大学，2010.