長慶油田往復(fù)式注水泵創(chuàng)新技術(shù)綜述

（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院；2.西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院；

3.中國石油長慶油田分公司設(shè)備管理處，陜西 西安710068）

長慶油田往復(fù)式注水泵創(chuàng)新技術(shù)綜述

張 昊1，3吉效科2，3陳莉蓉3

（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院；2.西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院；

3.中國石油長慶油田分公司設(shè)備管理處，陜西 西安710068）

長慶油田某公司生產(chǎn)的注水泵額定壓力在20MPa以下性能較穩(wěn)定，但當(dāng)額定壓力在20MPa以上時(shí)一般故障較多。為此開展注水泵技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新，制定注水泵訂貨技術(shù)規(guī)范，統(tǒng)一技術(shù)配置與運(yùn)行管理，引進(jìn)試用先進(jìn)設(shè)備和材料，提高注水泵及易損件壽命，縮短故障停機(jī)時(shí)間，提高了注水時(shí)率和注水系統(tǒng)效率。

注水泵；柱塞泵；離心泵

一、概述

長慶油田注水站的種類主要有清水注水站、采出水回注站、清水和采出水分注站及小型橇裝注水站，這些站點(diǎn)分布廣，數(shù)量多。清水注水站由小規(guī)模分散建站改進(jìn)為大規(guī)模集中建站，減少勞動定員，節(jié)約了運(yùn)行成本。采出水回注站一般與聯(lián)合站合建，聯(lián)合站脫出采出水就地處理，就近回注。清水和采出水分注站是在注水泵房內(nèi)同時(shí)設(shè)有清水、采出水兩套流程，兩流程通過一臺共用注水泵連接，便于清水或采出水注水量調(diào)節(jié)。小型橇裝注水站適用于特低滲透油田開發(fā)中的超前注水區(qū)塊、注水井較少的試驗(yàn)區(qū)塊和正規(guī)注水站覆蓋不到的邊遠(yuǎn)小區(qū)塊。

近年來，長慶油田在注水泵的防腐技術(shù)、防振減振、延長易損件壽命、降低能耗、提高效率、安全防護(hù)、節(jié)約投資、降低成本、數(shù)字化管理、規(guī)范化管理等方面開展了一些探索與試驗(yàn)，逐步形成了適合長慶油田注水泵的一些技術(shù)、配置與方法。

二、技術(shù)應(yīng)用與取得的成果

1.結(jié)合生產(chǎn)工藝實(shí)際和節(jié)能降耗要求，優(yōu)化注水泵運(yùn)行管理。

（1）常規(guī)注水泵工藝是在泵前設(shè)計(jì)喂水泵，以保證注水泵充足的供液量。長慶油田近一半注水泵實(shí)際運(yùn)行排量在20m3/h以下。為此，采取利用注水泵與水罐之間的標(biāo)高差、增大注水泵進(jìn)口管線直徑以及改為雙進(jìn)口管線供液等措施，實(shí)現(xiàn)了137臺注水泵（占注水泵的12.5%）可在不用喂水泵狀態(tài)下運(yùn)行。

（2）針對注水泵實(shí)際排量與配注量不能很好匹配，多余水量通過站內(nèi)打回流處理的情況，結(jié)合節(jié)能項(xiàng)目，累計(jì)對467臺注水泵完成變頻技術(shù)改造，使得油田42.5%的注水泵無回流注水。

（3）同時(shí)，對其它注水泵通過更換皮帶輪、改變柱塞直徑等措施，調(diào)整注水泵運(yùn)行排量，使其額定排量與實(shí)際配注量較好吻合。

2.結(jié)合油田安全隱患治理，制定《長慶油田往復(fù)式注水泵技術(shù)規(guī)范》，加強(qiáng)注水泵的技術(shù)配置與安全管理。近年來，因注水壓力逐步升高、泵體局部腐蝕、管網(wǎng)振動、結(jié)構(gòu)缺陷、防護(hù)不全等引發(fā)蓄能器飛出、泵體開裂、管網(wǎng)刺漏等時(shí)有發(fā)生，給站庫安全管理、人員操作、生產(chǎn)運(yùn)行帶來很大威脅。對此采取了以下措施。

（1）明確蓄能器配置標(biāo)準(zhǔn)。針對一些站點(diǎn)注水泵管網(wǎng)振動嚴(yán)重、廠家配置蓄能器過小的問題，全部進(jìn)行更換并增大蓄能器設(shè)計(jì)容量1～2個(gè)等級；并且將蓄能器的配置規(guī)格型號從8個(gè)減少到現(xiàn)有的5個(gè)，增強(qiáng)蓄能器的互換性。針對蓄能器飛出問題，一是對現(xiàn)有注水泵蓄能器采取防護(hù)加固措施；二是把蓄能器與三通的內(nèi)螺紋連接改造為外螺紋連接型式；三是嚴(yán)禁將蓄能器安裝在泵頭缸體上；四是規(guī)定蓄能器過流部件材質(zhì)和防腐加工處理工藝。新泵全部按此配置標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

（2）規(guī)范注水泵防護(hù)罩標(biāo)準(zhǔn)。針對過去注水泵無防護(hù)罩或防護(hù)罩不規(guī)范的問題，一方面督促各單位對現(xiàn)有注水泵防護(hù)罩進(jìn)行規(guī)范，另一方面在注水泵采購中明確要求配置，確保油田注水泵100%配置防護(hù)罩。

（3）規(guī)范注水泵的泵頭型式。針對泵體開裂的問題，經(jīng)過故障分析論證，立式分體錐閥的吸入閥與排出閥之間為高壓交變載荷區(qū)域，其十字孔相貫線處存在應(yīng)力集中，易造成液力端泵頭開裂。為此，明確規(guī)定額定壓力16MPa以上（含）的注水泵液力端缸體全部采用臥式組合閥結(jié)構(gòu)。

3.試驗(yàn)雙導(dǎo)向定位密封錐形組合閥結(jié)構(gòu)液力端泵頭缸體。針對采出水注水泵進(jìn)、排液閥使用壽命短、檢泵頻繁的問題，2012年5月，在采油三廠虎狼峁作業(yè)區(qū)柳三轉(zhuǎn)3#采出水注水泵上改造試驗(yàn)了雙導(dǎo)向定位密封錐形組合閥結(jié)構(gòu)。在運(yùn)行參數(shù)不變的情況下，該泵進(jìn)、排液閥已經(jīng)正常運(yùn)行2 208h，較改造前的壽命提高了700h，泵效提高到90%以上。雙導(dǎo)向定位密封錐形組合閥特點(diǎn)是，金屬閥板錐面上裝有非金屬密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)泵閥落座時(shí)可減緩沖擊并在關(guān)閉時(shí)增加密封接觸面，改善密封性能，提高了閥組的壽命；定位密封錐形閥在開啟和關(guān)閉過程中有雙重導(dǎo)向，從而保證錐閥與閥座的對中性和密封性；進(jìn)液閥和排液閥共同組合在同一閥座上，安裝、拆卸方便；組合閥裝在泵頭中，泵頭中相交孔的應(yīng)力集中處沒有交變載荷的產(chǎn)生，從而保證了泵體在高壓力作用下不會開裂。

4.試用延長柱塞與盤根使用壽命的新技術(shù)。

（1）新型隔膜式注水泵。針對注水泵柱塞及密封函體受采出水腐蝕而使用壽命短、更換頻繁的問題，2009年11月，在超低滲透油藏第二項(xiàng)目部元西一轉(zhuǎn)引進(jìn)試驗(yàn)隔膜式注水泵1臺，試驗(yàn)期間經(jīng)過改進(jìn)和優(yōu)化，性能穩(wěn)定。與同參數(shù)的3175Pa-17.3/20型注水泵相比,柱塞壽命提高到15 000h，為普通注水泵的3.5倍；填料壽命提高到15 000h，為普通注水泵的26倍；維修次數(shù)明顯減少，年維修費(fèi)用只有普通注水泵的13%。該型泵采用前置式護(hù)膜板和循環(huán)壓力平衡系統(tǒng)，延長了隔膜片的使用壽命，柱塞和盤根在油潤滑狀況下，不會產(chǎn)生異常溫升現(xiàn)象，使“易損件”成為“非易損件”。

（2）柱塞填料密封同步隔離技術(shù)。為延長易損件使用壽命，通過利用密封腔密封潤滑介質(zhì)（抗乳化油品）良好的潤滑性能，使密封介質(zhì)與輸送介質(zhì)達(dá)到自動安全隔離狀態(tài)，克服柱塞往復(fù)運(yùn)動期間與填料摩擦副的摩擦功耗以實(shí)現(xiàn)降低柱塞與填料間摩擦損失，2011～2012年，先后在采油三廠油二聯(lián)改造4臺、靖四聯(lián)改造2臺、盤二注新安裝1臺注水泵，試驗(yàn)同步隔離技術(shù)，該技術(shù)的試驗(yàn)將注水泵的盤根壽命提高了1 000h以上，降低注水單耗9.9%。

（3）柱塞與中間桿的自動對中調(diào)心技術(shù)?，F(xiàn)有注水泵的柱塞和中間桿采用卡環(huán)或螺紋連接兩種型式?？ōh(huán)連接可以對上下左右不同心進(jìn)行一定程度的調(diào)節(jié)，但卡環(huán)容易松脫引起曲柄連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械事故；螺紋連接是剛性連接，在加工、裝配誤差及自重的共同作用下,軸線與孔中心線不可能完全重合,存在徑向偏差,易造成十字頭徑向負(fù)荷增加、電機(jī)輸出功率增大、十字頭及滑道磨損、連桿瓦偏磨、柱塞偏磨、壽命縮短等問題。針對這兩種連接型式的不足，2011年1月，在采油三廠油二聯(lián)2臺注水泵液力端總成改造試驗(yàn)了柱塞與中間桿自動對中調(diào)心技術(shù)。改造后泵排量從31m3/h提高到39 m3/h，注水單耗從0.311 1kW.h/（m3.MPa）下降至0.266 7kW.h/（m3.MPa），易損件平均壽命延長近1 500h，運(yùn)行振動減小，運(yùn)行平穩(wěn)。

（4）陶瓷柱塞技術(shù)。針對采出水腐蝕性強(qiáng)，注水泵使用壽命短的問題，2007年開始，試驗(yàn)了陶瓷柱塞。到2012年的5年間，有低溫?zé)Y(jié)、等離子噴涂、爆炸噴涂、激光熔覆等多項(xiàng)陶瓷柱塞工藝技術(shù)在現(xiàn)場試驗(yàn)，使用壽命從168h到10 120h不等。采油三廠靖二聯(lián)試用的一根氧化鋯低溫?zé)Y(jié)陶瓷柱塞使用壽命為10 120h，而油二聯(lián)試用的一根氧化鋯低溫?zé)Y(jié)陶瓷柱塞使用壽命為6 155h，使用壽命是同臺泵普通柱塞的3～4倍。以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明陶瓷柱塞確實(shí)具有耐磨、耐腐蝕的特點(diǎn)。但由于燒結(jié)工藝復(fù)雜、質(zhì)量差別大、產(chǎn)品種類繁多、安裝條件高，適用于油田采出水注水泵的陶瓷柱塞仍需逐步積累產(chǎn)品選擇和工況匹配的經(jīng)驗(yàn)。

（5）柱塞表面噴涂技術(shù)。超音速火焰噴涂工藝相對常規(guī)火焰噴涂工藝，粒子速度從30～180m/s增加到500～800m/s，涂層的致密性孔隙率從10%～30%降低至1%～10%，涂層結(jié)合強(qiáng)度從14～28 MPa增加到60～90MPa，涂層增氧量從4%～6%降低到0.2%?？商岣咧谋砻娲植诙萊a值達(dá)0.2、表面硬度達(dá)HV750以上，提高柱塞耐磨性。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)證明，該技術(shù)使注水泵柱塞的使用壽命提高1 500h。

（6）優(yōu)化盤根材質(zhì)選型與組合。針對高壓注水泵填料盤根壽命短的問題，試驗(yàn)碳纖維盤根、增強(qiáng)型碳纖維盤根（二次燒結(jié)高強(qiáng)度的碳纖維填料盤根）和復(fù)合芳倫盤根3種填料盤根的密封效果。實(shí)踐證明，在泵壓小于16MPa時(shí)，可以采用碳纖維填料盤根或增強(qiáng)型碳纖維填料盤根；但在泵壓高于16MPa時(shí)，碳纖維填料盤根和增強(qiáng)型碳纖維盤根的密封性較使用復(fù)合芳倫盤根壽命短450h。

針對注水泵盤根壽命較短的問題，探索“13141”盤根組合方案，與“181”盤根組合方案相比，半年節(jié)省盤根數(shù)量10個(gè)/臺，注采出水和注清水泵的盤根壽命分別提高370h和399h。但是該結(jié)構(gòu)是否對柱塞的壽命有影響正在進(jìn)一步的跟蹤試驗(yàn)中。

三、結(jié)語

近年來，長慶油田緊密圍繞油氣生產(chǎn)工藝和節(jié)能降耗、安全隱患治理等工作要求，通過制定《長慶油田往復(fù)式注水泵技術(shù)規(guī)范》，加強(qiáng)了注水泵的技術(shù)配置，明確了蓄能器、防護(hù)罩配置標(biāo)準(zhǔn)；通過新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用及強(qiáng)化注水泵技術(shù)與運(yùn)行管理工作，減小了注水泵因流量脈動導(dǎo)致的壓力波動，提高了防腐蝕性能，延長了使用壽命，實(shí)現(xiàn)了往復(fù)式注水泵安全平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1] 董巍，王榮敏.長慶油田注水地面工程技術(shù)優(yōu)化分析[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2010，21（3）.

TE934.1

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