增注泵故障智能遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)

李曉東 劉海林 姜大治

摘要：油田開采后期，由于地層壓力下降，需要對(duì)地下能量進(jìn)行補(bǔ)充，在確保注采平衡的情況下，穩(wěn)定地層壓力，增加油井產(chǎn)量，提高油田采收率。目前我所在的采油作業(yè)區(qū)共有數(shù)十口油井受注水井影響，由于地層壓力較高，目前注水時(shí)均采用增壓注水泵進(jìn)行注水。

關(guān)鍵詞：增注泵? 故障? ?遠(yuǎn)程報(bào)警

一、增注泵原理與分類

目前我油田常用的注水泵有兩類，一是螺桿泵，二是柱塞泵。

螺桿泵是依靠泵體與螺桿所形成的嚙合空間容積變化和移動(dòng)來(lái)輸送液體或使之增壓的回轉(zhuǎn)泵。螺桿泵按螺桿數(shù)目分為單螺桿泵、雙螺桿泵和三螺桿泵等。當(dāng)主動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)與其嚙合的從動(dòng)螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，吸入腔一端的螺桿嚙合空間容積逐漸增大，壓力降低。液體在壓差作用下進(jìn)入嚙合空間容積。當(dāng)容積增至最大而形成一個(gè)密封腔時(shí)，液體就在一個(gè)個(gè)密封腔內(nèi)連續(xù)地沿軸向移動(dòng)，直至排出腔一端。這時(shí)排出腔一端的螺桿嚙合空間容積逐漸縮小，而將液體排出。螺桿泵的工作原理與齒輪泵相似，只是在結(jié)構(gòu)上用螺桿取代了齒輪。表為各種螺桿泵的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。螺桿泵的流量和壓力脈沖很小，噪聲和振動(dòng)小，有自吸能力，但螺桿加工較困難。泵有單吸式和雙吸式兩種結(jié)構(gòu)，但單螺桿泵僅有單吸式。泵必須配帶安全閥（單螺桿泵不必配帶），以防止由于某種原因如排出管堵塞使泵的出口壓力超過容許值而損壞泵或原動(dòng)機(jī)。.螺桿泵的工作原理是：螺桿泵工作時(shí)，液體被吸入后就進(jìn)入螺紋與泵殼所圍的密封空間，當(dāng)主動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺桿泵密封容積在螺牙的擠壓下提高螺桿泵壓力，并沿軸向移動(dòng)。由于螺桿是等速旋轉(zhuǎn)，所以液體出流流量也是均勻的。螺桿泵特點(diǎn)為：螺桿泵損失小，經(jīng)濟(jì)性能好。壓力高而均勻，流量均勻，轉(zhuǎn)速高，能與原動(dòng)機(jī)直聯(lián)。

二、增注泵故障停機(jī)的危害

輸送過來(lái)的水為常壓，壓力通常在0.3至1.0兆帕，井底壓力最大可達(dá)到30兆帕，輸送過來(lái)的水壓是注不井井底的。所以必須在井口處加裝增壓式注水泵，將水壓提升至10至35兆帕，才能將水注入到井底。由于井底地層滲透率等情況隨時(shí)發(fā)生變化，注水壓力也要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。用變頻控制柜控制注水泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速，來(lái)調(diào)整增注泵的輸出壓力。增注泵運(yùn)行時(shí)，會(huì)由于電路故障，如缺相、瞬間停電、變頻器損壞造成停泵;也會(huì)因?yàn)橥獠抗收?，如?lái)水壓力不足、泵體過熱等原因造成停泵。北方4月至10月份氣溫較高，室外氣溫在10至30攝氏度左右，如果遇到故障，停泵后，值班員工上井根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，排除故障后就可以直接啟動(dòng)，不用考慮到凍堵的問題。但是到了冬季，麻煩就來(lái)了。尤其是夜間，只有一名值班員工，一個(gè)小站有10多口井，巡檢一次需要2個(gè)多小時(shí)，所以夜間巡井次數(shù)有限。有時(shí)這邊剛巡完井，那邊泵就停了，北方冬季室外零下20多度的低溫，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)停泵，一個(gè)小時(shí)左右就將注水管線和注水泵凍上。注水泵凍上后，由于水變冰后體積膨脹，將注水泵脹裂，一臺(tái)注水泵價(jià)值20多萬(wàn)元，造成嚴(yán)重的機(jī)械事故。還有注水管線如果凍堵，特別難處理，我們油田又處在中國(guó)最大的葦塘內(nèi)，到處都是干燥的蘆葦，遇火就著，一燒一大片，根本控制不住 。所以葦塘內(nèi)是明令禁止動(dòng)火，兩千多米的水井管線，大部分還埋在地表下。只能報(bào)鍋爐蒸汽車沿管線一段一段用蒸氣解凍，完全靠猜測(cè)進(jìn)行解凍。這邊剛化開，另一邊又凍上了，有時(shí)一天也處理不開。很多注水管線解凍失敗，只能等到明年開春后，大地回暖自行解凍。重點(diǎn)的注水井，只能重鋪?zhàn)⑺芫€，2000—3000米的注水管線，鋪設(shè)起來(lái)即耗材料，又耗工時(shí)。嚴(yán)重影響注水井正常運(yùn)行，增加崗位員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，造成注水井冬季管理難度大。一線員工都反映，寧肯多管一口抽油機(jī)井也不愿意管理一口注水井。

三、增注泵遠(yuǎn)程電話報(bào)警儀的研制

針對(duì)上述問題，我們想到一個(gè)解決方案，如果增注泵故障停機(jī)時(shí)，能自動(dòng)給站上值班工人發(fā)出一個(gè)報(bào)警信號(hào)，這難題不就迎刃而解了嗎。因此我開始設(shè)計(jì)制作《注水井故障遠(yuǎn)程電話報(bào)警儀》。當(dāng)增注泵故障停機(jī)時(shí)，報(bào)警儀會(huì)自動(dòng)向前線值班工人手機(jī)和站內(nèi)固定電話打電話報(bào)警，只要巡井工人在一小時(shí)內(nèi)趕到現(xiàn)場(chǎng)采取措施，就能避免注水管線凍堵。我們做的第一版故障報(bào)警儀，很快就投入運(yùn)行，只要增注泵一停機(jī)就會(huì)報(bào)警。站上員工反應(yīng)，報(bào)警是好用，但是有時(shí)我們?nèi)ト粘Ｑ矙z時(shí)，發(fā)現(xiàn)問題手動(dòng)停泵時(shí)，也向站上誤報(bào)警。根據(jù)這個(gè)問題，我們又重新進(jìn)行調(diào)整，在報(bào)警儀內(nèi)安裝了一臺(tái)可編程序控制器，外部紅外感應(yīng)器，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，編寫了一套自動(dòng)報(bào)警、故障自動(dòng)識(shí)別程序?？梢宰詣?dòng)識(shí)別增注泵停機(jī)是由于人為正常啟、停機(jī)，還是由于故障引起的停機(jī)。北方冬季室外氣溫夜間可達(dá)到零下20多度，會(huì)引起設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，因此在報(bào)警盒內(nèi)安裝一臺(tái)溫度控制裝置，保障設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

技術(shù)特點(diǎn)，智能報(bào)警儀能智能區(qū)分，增注泵停泵是由于故障原因，還是操作工人手動(dòng)正常啟、停泵。如果是操作工人日常正常進(jìn)行啟、停泵操作，報(bào)警儀是不能報(bào)警的。只有在無(wú)人操作狀態(tài)下，由于電路故障或外部故障引起的停泵，報(bào)警儀才會(huì)報(bào)警。

四、現(xiàn)場(chǎng)使用效果

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種實(shí)際情況摸索、分析，在這套報(bào)警儀中安裝了一臺(tái)可編程序控制器。使用電腦編寫出一套針對(duì)注水井獨(dú)立的PLC保護(hù)應(yīng)用程序，智能區(qū)分人為手動(dòng)停泵與故障停泵兩種狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝使用安全、可靠，只要出現(xiàn)故障，站上員工馬上就能接到報(bào)警儀自動(dòng)拔出報(bào)警電話，第一時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理。我們?cè)谕茝V應(yīng)用一個(gè)月后，進(jìn)行了電話回訪，小站員工都反饋，自從有了電話報(bào)警裝置，心里塌實(shí)多了。尤其是夜班員工，再也不怕泵停了，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，管線凍了。注水井故障遠(yuǎn)程電話報(bào)警儀在我作業(yè)區(qū)推廣使用以來(lái)，平均每個(gè)月采油站上能接到報(bào)警電話100余次，避免了多次管線凍堵事故發(fā)生，深受一線員工喜愛。

四、經(jīng)濟(jì)效益分析

1、解決了增注泵故障停機(jī)，造成管線凍堵，致使注水井無(wú)法正常注水的間接經(jīng)濟(jì)損失;

2、節(jié)約了管線凍堵后，解凍所產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)損失;

3、避免了因凍堵造成增注泵泵體凍裂造成的嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失;

每臺(tái)報(bào)警儀每年保障注水井增注泵少凍一次管線或少凍壞一臺(tái)泵體，就能節(jié)約費(fèi)用數(shù)萬(wàn)元，如果在全廠推廣，節(jié)約費(fèi)用可達(dá)百萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。并為我廠注水井管理，注好水、注夠水，精細(xì)注水提供保障。

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