注水泵提效技術(shù)研究及現(xiàn)場應(yīng)用

夏友山，李學(xué)而

（吐哈油田公司魯克沁采油廠，新疆鄯善 838202）

0 引言

注水泵是油田注水系統(tǒng)主要設(shè)備之一，是注水工序中較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，更好地控制注水泵的運行方式、液量調(diào)整和地層壓力，在油田開發(fā)中起著關(guān)鍵的作用。隨著油田開發(fā)相繼進入中高含水期，油田回注污水增多，而污水的水腐蝕性強、機雜含量高，注水泵液力端封面腐蝕磨損速度快、泵效低，造成能源的極大浪費。因此，對注水泵進行提效研究，以更好地利用先進技術(shù)和設(shè)備，提高注水泵效，降低注水系統(tǒng)單耗，從而實施高效注水，使采油廠經(jīng)濟效益最大化，在油田開發(fā)降本增效中很有必要[1-4]。

1 注水泵失效原因分析

吐哈油田魯克沁采油廠玉北脫水站共有8 臺5ZB-20/43Ⅱ型注水泵，2014 年5 月投運，正常運行壓力37.5～38.5 MPa，2016 年和2017 年，玉北脫水5 臺42 MPa 注水泵維修頻次分別為387 次和353 次，2017 年配件成本達到126 萬元，其中液力端配件費用105 萬元，占總費用的83%。通過對維修分析，總結(jié)注水泵失效的主要原因。

（1）注入水氯離子高、礦化度高，易腐蝕泵頭、閥體、盤根。魯克沁采油廠注入水礦化度高（145 570 mg/L），氯離子含量高（87 338.0 mg/L），該數(shù)值遠遠超過了不銹鋼材料耐氯離子的使用范圍[5]，因此污水的水質(zhì)造成注水泵液力端封面腐蝕嚴(yán)重（圖1）。

圖1 水質(zhì)造成封面腐蝕

（2）設(shè)備結(jié)構(gòu)缺陷造成盤根盒、方法蘭螺栓易斷裂（圖2），配件使用周期短[6-7]。2016 年、2017 年檢泵故障因素統(tǒng)計見表1。

從表1 可以看出，泵閥、填料、柱塞三類易損件的損壞和失效累計高達90%，是注水泵故障的主要影響因素。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研、測試分析，問題的主要原因是零件結(jié)構(gòu)、材料設(shè)計不適合回注污水工況造成的。

圖2 法蘭斷裂

表1 注水泵檢泵故障因素統(tǒng)計

注水泵泵頭直接密封高低壓水，泵頭直接承受吸排液閥片的交變載荷和高壓水的沖擊，受污水礦化度高、氯離子高的影響，泵頭、配件易磨損，導(dǎo)致密封不嚴(yán)，注水泵泵效低，此液力端結(jié)構(gòu)不適用當(dāng)前注污水系統(tǒng)的工況。閥體使用平面密封，由于腐蝕、高壓沖擊及交變應(yīng)力的作用，閥體、閥片磨損、開裂嚴(yán)重。注水泵柱塞與拉桿之間的連接為卡子硬連接，易造成連接部位斷裂。

（3）長期高壓力運行，配件疲勞開裂嚴(yán)重，備用泵不足，系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定。

2 改造措施

（1）優(yōu)化液力端結(jié)構(gòu)，安裝單獨閥體（圖3）。在泵頭5 個缸安裝單獨的密封函體，函體內(nèi)部完成注入水的增壓，泵頭不直接參與增壓及密封，受吸排液閥高低壓交變載荷作用小，磨損性、腐蝕性小。只需考慮函體的耐腐蝕、耐高壓性能。

圖3 注水泵液力端安裝單獨閥體

（2）使用雙導(dǎo)向螺旋錐形組合閥。雙導(dǎo)向螺旋錐形組合閥錐面密封效果好，閥芯尺寸小，閥芯導(dǎo)向翼為螺旋形，可轉(zhuǎn)動，顆粒雜質(zhì)不易堆積，閥密封面磨損均勻，進液閥和排液閥共同組合在閥體上。

（3）改進柱塞對中技術(shù)（圖4）。采用柱塞卡環(huán)性連接，當(dāng)有裝配偏差或拉桿運動發(fā)生輕微偏差時，該結(jié)構(gòu)可以確保柱塞運行時與導(dǎo)向套保持平行。

圖4 柱塞卡環(huán)連接改進

（4）添加防腐涂料。柱塞表面噴涂Ni60/WC 復(fù)合金屬涂層（圖5），提高柱塞的耐腐蝕性和抗磨性能，降低對密封填料的要求。

圖5 柱塞表面涂層

（5）改進盤根和和盤根材質(zhì)。盤根盒先后試用了20#碳鋼、輕鋼、雙相不銹鋼；使用芳綸+石墨盤根，增加柱塞的潤滑性能。

3 改造效果

（1）注水系統(tǒng)穩(wěn)定。改造前匯管壓力37.5～38.5 MPa，改造后匯管壓力38～38.5 MPa，為精細注水奠定良好基礎(chǔ)。

圖6 盤根材質(zhì)改進

（2）降低故障維修率、延長配件使用周期，達到降本增效目的。對2018 年1 至10 月玉北脫水站8 臺泵維修次數(shù)進行統(tǒng)計，維修次數(shù)為265 次，其中改造后的注水泵（圖7）僅維修36次，至今最長的已安全運行2387 h，注水泵維修頻率下降，配件更換次數(shù)減少，具體維修情況見表2。

圖7 改造后的注水泵

表2 注水泵改造前后維修情況

（3）泵效大幅提升，達到節(jié)能降耗目的。改造后的注水泵單臺設(shè)計注水能力 1000 m3/d，泵機組效率由71.45%提高至81%，注水系統(tǒng)效率則由53.16%提高至58.2%，單位注水電耗降低0.078 kW·h/m3.MPa，單臺注水泵每小時節(jié)電約27 kW·h，節(jié)能效果明顯，見表3。

表3 注水泵改造前后能耗情況

4 結(jié)語

（1）分析吐哈油田魯克沁采油廠玉北脫水站注水泵維修情況，找出造成注水泵失效的三大因素。

（2）對注水泵提出了5 項改造措施，應(yīng)用效果證明：改進后注水泵可靠性顯著提高，最長無故障運行時間2387 h，注水壓力更加穩(wěn)定，泵效由2016 年的71.45%提高至81%，單位注水電耗降低0.078 kW·h/m3.MPa，單臺注水泵每小時節(jié)電約27 kW·h。

（3）經(jīng)提效技術(shù)改后的注水泵，管線和閥組損失大大降低，提高了泵機組效率和注水系統(tǒng)效率，減少因故障造成的頻繁停機，延長泵的使用時間，提高生產(chǎn)效率，同時配合使用變頻器等節(jié)能設(shè)備，達到節(jié)約能耗的目的。