魏立军 辛生会 唐宏 王林平 覃川

（1.长庆油田分公司油气工艺研究院；2.长庆油田分公司质量安全环保部；3.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室；4.长庆油田分公司第六采气厂）

1 概述

注水系统是油田主要耗能系统之一，开展注水系统效率测试、影响因素分析工作对于油田节能意义重大。

根据相关标准[1-3]，注水系统效率为注水系统输出功率与注水系统输入功率的比值。在注水系统输入功率不变的情况下，井口压力增加，系统效率就会增加，反之亦然。

以大庆油田为代表的东部油田，地势平坦，注水站、注水井的海拔高度基本相同，所以不用考虑海拔高度差对压力的影响，进而对注水系统效率的影响，见图1 中（b） 平面注水系统。但是以长庆油田为代表的西部油田，地势起伏很大，注水站、注水井之间的海拔高度差很大，见图1 中（a）地势起伏注水系统。

图1 地势起伏注水系统转化为平面注水系统示意图

把注水站所在的平面设定为基准平面，把其它平面的压力折算到基准平面的压力叫折算压力[1-3]，图1 中（a）地势起伏注水系统注水站的海拔高度比注水井的海拔高度高，注水井井口压力p就大于图1 中（b）平面注水系统的折算压力pc，这是因为注水井井口压力p由两部分转化而来，一是注水站内电动机的电能转化成压能，二是势能转化成压能。直接用p计算系统效率，得到的结果就会偏大，因为一部分势能转化成压能，为了评价注水系统本身的能源利用情况，就需要消除势能的影响，把实测压力p转化成折算压力pc，相当于图1 中把（a） 地势起伏注水系统转化为（b） 平面注水系统[4]。并根据注水站和注水井的相对位置对注水系统进行分类；分析了海拔高度差对几类注水系统效率的影响趋势。

2 凸形注水系统

凸形注水系统是指注水站建在山顶，注水井在山腰或山底，注水站比注水井平均海拔高度高的注水系统，凸形注水系统示意图见图2。

图2 凸形注水系统示意图

凸形注水系统的特点是注水井大都比注水站低，注水井井口压力大于折算到基准平面上的压力，势能转化成井口的压能，不考虑海拔高度差影响会导致注水系统效率偏高，海拔高度差越大，注水系统效率越大，典型注水系统是采油一厂杏六注。

杏六注注水站海拔高度1 514 m，所辖注水井平均海拔为1 374 m，在不考虑海拔高度差对压力影响的情况下计算系统效率为55.92%；在考虑海拔高度差对压力影响的情况下计算系统效率为47.18%，相比高了8.74 个百分点，杏六注系统效率柱状图见图3。

图3 杏六注系统效率柱状图

3 凹形注水系统

凹形注水系统是指注水站建在山底，注水井在山腰或山顶，注水站比注水井平均海拔高度低的注水系统，凹形注水系统示意图见图4。

凹形注水系统的特点是注水井大都比注水站高，注水井井口压力小于折算到基准平面上的压力，注水站电动机提供的电能首先要克服势能，余下的转化成井口的压能，不考虑海拔高度差影响会导致注水系统效率偏低，海拔高度差越大，注水系统效率越低，典型注水系统是采油一厂杏一注。

图4 凹形注水系统示意图

杏一注注水站海拔高度1 286 m，所辖注水井平均海拔为1 380 m，在不考虑海拔高度差对压力影响的情况下计算注水系统效率为42.59%；在考虑海拔高度差对压力影响的情况下计算注水系统效率为47.81%，相比低了5.22 个百分点，杏一注系统效率柱状图见图5。

图5 杏一注系统效率柱状图

4 交错形注水系统

交错形注水系统是指注水站建在山腰，注水井在山顶、山腰或山底，交错分布，交错形注水系统示意图见图6。交错形注水系统的特点是部分注水井高于注水站，部分注水井低于注水站，注水站海拔高度与注水井平均海拔相比或高或低，没有明显规律，典型注水系统是采油一厂杏二注。杏二注注水站海拔高度1 443 m，所辖注水井平均海拔为1 440 m，在不考虑海拔高度差对压力影响的情况下计算注水系统效率为45.37%；在考虑海拔高度差对压力影响的情况下计算注水系统效率为44.78%，相差0.59 个百分点，杏二注系统效率柱状图见图7。

5 平面形注水系统

平面形注水系统是指注水站、注水井都建在同一个平面内，海拔高度基本相等，海拔高度差对注水系统效率基本没有影响，东部平原油田都属于这个类型。

图6 交错形注水系统示意图

6 忽略海拔高度差影响的条件

在编制集团公司企业标准Q/SY 1461—2012《油田注水地面系统能效测试与计算》的过程中，东部油田的代表提出给出忽略海拔高度差影响的条件，因为东部油田基本属于平面形注水系统，海拔高度差对注水系统效率基本没有影响，但集团公司企业标准是强制性标准，如果标准中不给出忽略条件，就要必须执行，增加现场测试海拔高度和后期计算折算压力的工作量。

考虑到标准中压力、流量等测量仪器的准确度都要求在1.5 级以上，设定注水系统效率差值小于1.5 个百分点的情况下可忽略海拔高度差的影响。

以采油二厂南一注为例，南一注海拔高度1 200 m，把所有注水井的海拔高度改为1 200 m（其余数据不变），计算得到注水系统效率为43.33%，采用试算法，当所有注水井的海拔高度改为1 232 m 时，计算得到注水系统效率为44.83%，也就是说在海拔高度差为32 m 的时候，注水系统效率计算结果相差1.5 个百分点，所以集团企标中规定“对于海拔高度差小于30 m 的油田注水地面系统，可以不考虑海拔高度差的影响”[3]。

7 结论

1）长庆油田地势起伏的特点决定了在计算注水系统效率的时候需要考虑海拔高度差的影响，杏一注的计算结果相差5.22 个百分点，杏六注的计算结果相差8.74 个百分点。

2）在不考虑海拔高度差的情况下，凸形注水系统会导致系统效率偏高；凹形注水系统会导致系统效率偏低；平面注水系统对系统效率基本没有影响。

3）从提高注水系统效率的角度考虑注水系统布局，优先考虑凸形注水系统，充分利用海拔高度差的影响，把势能转化为井口压能；尽量避免凹形注水系统。

4）海拔高度差在30 m 以内的油田可以忽略其影响，注水系统效率的计算结果小于1.5 个百分点。