屏蔽電泵在液態(tài)二氧化碳注入工藝中的應(yīng)用

劉碩

摘 要：屏蔽電泵是二氧化碳驅(qū)油中注入環(huán)節(jié)的重要部分，由于液態(tài)二氧化碳的不穩(wěn)定性，極易汽化并形成固態(tài)干冰，嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常運行。區(qū)別于其他液態(tài)介質(zhì)（油、水等），二氧化碳驅(qū)采油在國內(nèi)應(yīng)用案例較少。本文從工況介質(zhì)、工藝流程、二方面入手并結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗，摸索出屏蔽電泵穩(wěn)定高效運行的應(yīng)用實踐。

關(guān)鍵詞：屏蔽電泵；液態(tài)二氧化碳；工藝分析

1 影響屏蔽電泵運行穩(wěn)定性分析

1.1 工況介質(zhì)自身特性影響分析

①根據(jù)二氧化碳相態(tài)表，液態(tài)二氧化碳壓力2.0MPa，溫度-20℃。常壓下不存在液態(tài)二氧化碳，當(dāng)屏蔽泵進口打開，液態(tài)二氧化碳從管道進入泵體后，泵體及后段管道壓力和溫度情況處于常壓和室溫，以及管徑不同的變化，這種情況下，處于失壓狀態(tài)的液態(tài)二氧化碳會吸收自身熱量，一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)二氧化碳，一部分由于失去熱量形成固態(tài)二氧化碳，即干冰。分析得出，在起泵前，開啟屏蔽泵進口閥門后，泵體內(nèi)就已存在固態(tài)粉末狀干冰和氣態(tài)二氧化碳，氣體和固體的存在會直接導(dǎo)致葉輪無法正常工作，此時啟動設(shè)備，屏蔽泵是無法正常起壓的；②二氧化碳儲罐所存液態(tài)介質(zhì)參數(shù)變化的影響分析：本站二氧化碳儲罐包括2座100m3的臥罐及2座650m3的球罐，共計4臺儲罐：a.儲罐設(shè)計有保溫層，但仍會緩慢吸收周圍環(huán)境熱量，造成罐內(nèi)二氧化碳吸收熱量汽化，造成罐內(nèi)壓力不斷升高，溫度上升；設(shè)定為超過2.1MPa電動閥會開啟泄壓；b.隨著正常注入的進行，罐存液位下降，罐內(nèi)壓力也會隨之下降；溫度也會隨之變化；c.維持罐內(nèi)正常生產(chǎn)運行的壓力及溫度主要依靠液態(tài)二氧化碳拉液罐車維持，當(dāng)罐車向儲罐內(nèi)卸液時，液位上升，壓力上升，溫度下降；綜上所述，儲罐內(nèi)介質(zhì)的壓力和溫度會隨著季節(jié)、液位變化、卸車而發(fā)生變化，根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)，罐內(nèi)壓力變化范圍在1.7MPa～2.1MPa之間，溫度變化范圍在-19℃～-23℃之間；結(jié)合第一條影響原因分析，儲罐內(nèi)液態(tài)二氧化碳壓力越低，溫度越高，在啟泵時，越容易汽化生成氣體和干冰。

綜上所述：由于介質(zhì)液態(tài)二氧化碳自身的不穩(wěn)定特性，失壓形成固態(tài)干冰和氣態(tài)，是造成喂液泵不起壓的直接原因。

1.2 工藝流程節(jié)點影響分析

①屏蔽電泵由于其沒有電機風(fēng)扇，因此屏蔽泵運行時依靠介質(zhì)液態(tài)二氧化碳進行降溫，因此屏蔽泵單獨有條用于冷卻降溫的工藝管線，屏蔽泵冷卻回流工藝管線原設(shè)計為由屏蔽泵尾部出，向下垂直走向，極易造成干冰積聚，通道截面變小導(dǎo)致堵塞，進而屏蔽泵由于冷卻管線運行不暢，泵體溫度升高，液態(tài)二氧化碳吸熱汽化形成氣蝕現(xiàn)象，造成不起壓；②工藝管路上閥門開度影響分析：工業(yè)化屏蔽泵額定排量40m3/h，根據(jù)現(xiàn)有配注，工業(yè)化配注每小時注入約10m3，多余排量的液態(tài)二氧化碳從注入泵低壓回流返回儲罐。經(jīng)現(xiàn)場多次試驗，低壓回流閥門開度大小會影響到屏蔽泵載荷，運行電流會隨著開度的增大而增大，該閥門不可關(guān)閉，如關(guān)閉會直接導(dǎo)致屏蔽泵不起壓。屏蔽泵屬于離心泵的一種，單葉輪式泵，在常規(guī)的油水離心泵使用經(jīng)驗中，此類型泵可以通過出口閥門開度的大小控制流量，在實際應(yīng)用到液態(tài)二氧化碳為介質(zhì)的屏蔽泵上時，當(dāng)出口閥門開度在5圈以下時，同樣會直接導(dǎo)致屏蔽泵不起壓；③工藝管路部分節(jié)點影響分析：a.屏蔽泵進口設(shè)有Y型過濾器，其中的過濾網(wǎng)呈45°角斜插工藝管路中，由于過濾網(wǎng)的存在，相當(dāng)于通道截面積變小，液體二氧化碳在通過時，流速變大、壓力變小、局部形成干冰和氣體，進而形成連鎖反應(yīng)，結(jié)合原因分析第一條，造成不起壓；b.屏蔽泵出口設(shè)有止回閥，設(shè)計為旋啟式止回閥，止回閥閥瓣的存在同樣起到了通道截面積發(fā)生變化，同時介質(zhì)需克服閥門重力做功，部分機械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，介質(zhì)局部溫度升高，發(fā)生汽化，進而形成連鎖反應(yīng)，結(jié)合原因分析第一條，造成不起壓；綜合分析，工藝管路上存在截面積發(fā)生變化，截面積變小、流速變大、根據(jù)流體力學(xué)伯努利原理，（p+1/2ρv2+ρgh=C），動能+重力勢能+壓力勢能=常數(shù)，壓力降低，會造成液態(tài)二氧化碳失壓，局部形成固體粉末狀干冰和二氧化碳?xì)怏w，當(dāng)積累到一定體量時，引起連鎖反應(yīng)，造成喂液泵不起壓。

2 運行控制措施

根據(jù)影響因素進行探討和研究，針對主要原因制定對策如下：

①喂液泵啟停時間間隔影響，停泵時間在24h以內(nèi)，不放空，不關(guān)閉進出口閥門利用介質(zhì)維持泵體溫度，縮短啟泵放空用時；②注入泵低壓回流閥門、屏蔽泵出口開度大小影響，閥門開度保持全開，保證屏蔽泵不憋壓；③人員頻繁啟停泵，制定針對性操作規(guī)程，至少放空15min以上再啟泵，避免惡性循環(huán)，延長起壓時間；④工藝流程節(jié)點中，拆除Y型過濾器網(wǎng)，止回閥閥瓣，增加管道截面積，減少對介質(zhì)影響

3 結(jié)論與建議

目前工業(yè)化屏蔽泵起壓平均成功率在90%左右，平均用時20min，效果顯著，大大縮短了啟泵所用時間，提高了運行穩(wěn)定性。

結(jié)合液態(tài)二氧化碳注入生產(chǎn)的獨有特點，摸索前進，為二氧化碳注入工作提供齊全準(zhǔn)的現(xiàn)場資料，對其做到精確把控，全面分析，提高注入系統(tǒng)的注入效率。

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