液壓轉(zhuǎn)水技術(shù)研究及評(píng)價(jià)

蔣成銀，張育華，吳 君，劉 華，王 寧，康 勇

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安 710018）

采氣過程中地層產(chǎn)水、壓裂液、輕烴及地層雜質(zhì)會(huì)伴隨天然氣被攜帶至地面工藝流程，為保證天然氣管道輸送條件和滿足用戶使用的商品天然氣氣質(zhì)指標(biāo)，需對(duì)開采出含游離液體和機(jī)械雜質(zhì)的濕氣進(jìn)行初步分離，從而在集氣站中收集有大量含重?zé)N類凝析液體需轉(zhuǎn)輸至水處理站進(jìn)行深度處理。但在管輸轉(zhuǎn)運(yùn)過程中因液體中還有機(jī)械雜質(zhì)和烴類介質(zhì)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)水泵因氣蝕、磨損等因素影響泵的工作效率[1-2]。分析某作業(yè)區(qū)各集氣站氣田采出水目前使用20 臺(tái)螺桿泵進(jìn)行轉(zhuǎn)水，在使用過程中發(fā)現(xiàn)螺桿泵存在以下問題：（1）對(duì)介質(zhì)要求高，機(jī)械雜質(zhì)過多會(huì)造成定子、轉(zhuǎn)子磨損，長(zhǎng)期磨損造成嚙合腔室密封不嚴(yán)；（2）每次啟泵前，要灌泵保證定子、轉(zhuǎn)子腔室內(nèi)有液體，否則會(huì)造成定子、轉(zhuǎn)子干磨損傷；（3）介質(zhì)必須為恒定流體，段塞流介質(zhì)會(huì)造成定子、轉(zhuǎn)子磨損。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2020 年至今，螺桿泵共計(jì)故障54 次，更換定子、轉(zhuǎn)子共24 件。主要故障原因?yàn)槁輻U泵定子、轉(zhuǎn)子磨損導(dǎo)致不上量。針對(duì)在用螺桿泵故障頻發(fā)，影響生產(chǎn)效率、維修成本高等問題，研究試驗(yàn)了一種滿足油水混輸、適應(yīng)惡劣生產(chǎn)工況、接觸機(jī)械雜質(zhì)的主要工作部件耐磨、維修成本低的液壓?jiǎn)胃纂p作用轉(zhuǎn)水設(shè)備[3-6]。

1 工藝原理

撬裝式液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵轉(zhuǎn)水裝置主要由進(jìn)液過濾、液壓動(dòng)力、智控系統(tǒng)、增壓、冷卻、底座撬體六部分組成（圖1）。

圖1 液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵流程圖

1.1 設(shè)備參數(shù)（表1）

表1 設(shè)備參數(shù)表

1.2 工藝流程

螺桿泵：儲(chǔ)液罐→過濾器→現(xiàn)場(chǎng)直控機(jī)械螺桿泵→管輸下游。

液壓泵：儲(chǔ)液罐→過濾器（可拆除）→智控液壓柱塞泵→管輸下游。

1.3 液壓轉(zhuǎn)水技術(shù)分析

將動(dòng)力單元由以往電動(dòng)直驅(qū)改造為電動(dòng)機(jī)+液壓驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵，泵體內(nèi)柱塞缸由液壓腔和右、左工作腔組成（圖2），柱塞在一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)中分別對(duì)兩腔體產(chǎn)生一次作用，使得該泵的柱塞運(yùn)動(dòng)具有雙作用的特點(diǎn)，以消除脈沖振動(dòng)。

圖2 液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵結(jié)構(gòu)圖

1.4 智控系統(tǒng)

撬裝轉(zhuǎn)水設(shè)備控制部分以PLC 為核心，機(jī)組安裝的高（低）壓力（溫度）變送器、保護(hù)開關(guān)、距離檢測(cè)元件、電磁閥以及控制盤上的操作按鈕均接至PLC 的I/O 模塊，PLC 通過它們來檢測(cè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟、停泵，異常工況預(yù)警和自保停機(jī)。

2 試驗(yàn)情況

2.1 試驗(yàn)總體情況

2022 年5 月13 日在蘇A 站開展液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵轉(zhuǎn)水試驗(yàn)，其主要作用為轉(zhuǎn)運(yùn)輕烴污水。截止7月6 日，總運(yùn)行時(shí)間為626.88 h，轉(zhuǎn)水709.43 m3，設(shè)備運(yùn)行正常。

2.2 轉(zhuǎn)水效果

液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵對(duì)進(jìn)口介質(zhì)性質(zhì)及清潔程度要求較低，運(yùn)行情況下外輸流量1.5～1.9 m3/h，基本滿足集氣站日常生產(chǎn)轉(zhuǎn)水需求。具體運(yùn)行情況見表2。

表2 轉(zhuǎn)水效果試驗(yàn)記錄表

2.3 轉(zhuǎn)油效果

液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵可正常轉(zhuǎn)運(yùn)氣田輕烴，但因運(yùn)行情況下外輸流量因流量計(jì)計(jì)量要求問題無法計(jì)量氣田輕烴。具體運(yùn)行情況見表3。

表3 轉(zhuǎn)油效果試驗(yàn)記錄表

2.4 油水界面效果

液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵在轉(zhuǎn)輸氣田采出水過程中，遇有油水界面時(shí)轉(zhuǎn)輸效果無明顯變化，但隨著氣田輕烴含量增加的同時(shí)會(huì)出現(xiàn)壓力和流量下降現(xiàn)象（表4）。

表4 油水界面試驗(yàn)情況記錄表

2.5 進(jìn)口排空直接啟泵效果

2022 年6 月1 日至7 月6 日分6 次對(duì)液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵進(jìn)口進(jìn)行排空，驗(yàn)證泵進(jìn)口存在空氣或段塞流情況下轉(zhuǎn)液效果。試驗(yàn)結(jié)論：液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵啟泵運(yùn)行受進(jìn)口空氣和流量變化影響?。ū?）。

表5 泵進(jìn)口排空情況下啟泵運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試記錄表

通過以上4 種工況對(duì)比發(fā)現(xiàn)：與螺桿泵相比，液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵具有適用介質(zhì)范圍廣、對(duì)介質(zhì)流態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)以及在惡劣工況（機(jī)械雜質(zhì)較多）下耐磨性好的特點(diǎn)。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵運(yùn)行時(shí)受混合物內(nèi)泥沙影響較小，6 月28 日去除泵進(jìn)口過濾器，運(yùn)行72 h，拆除泵頭未發(fā)現(xiàn)劃痕，上量穩(wěn)定無影響。由此可見，液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵運(yùn)行期間僅需要對(duì)活塞環(huán)、填料等易損件進(jìn)行更換，節(jié)約了維修費(fèi)用（表6）。

表6 在用螺桿泵與試驗(yàn)液壓柱塞泵維修費(fèi)用對(duì)比表

在用泵與試驗(yàn)泵維修費(fèi)用對(duì)比計(jì)算：在用螺桿泵每年最低維修成本為材料費(fèi)20 000 元、2 人維修耗時(shí)約4 h 人工成本約600 元，合計(jì)年維修費(fèi)用20 600元；試驗(yàn)中的液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵因試驗(yàn)54 d 未出現(xiàn)故障且磨損部件狀況良好，假設(shè)活塞環(huán)、填料等易損部件120 d 磨損增大需更換（材料成本450×1、300×2），更換一次需1 人1 h 人工成本約75 元，合計(jì)年維修費(fèi)用3 375 元。通過維修費(fèi)用對(duì)比發(fā)現(xiàn)：試驗(yàn)泵年維修成本僅為在用泵的16.38%。

4 結(jié)論

（1）對(duì)進(jìn)口介質(zhì)性質(zhì)及清潔程度要求較低，滿足集氣站日常生產(chǎn)轉(zhuǎn)水需求。

（2）液壓?jiǎn)胃纂p作用柱塞泵啟泵運(yùn)行受進(jìn)口空氣和流量變化影響小，在段塞流或空泵情況下運(yùn)行平穩(wěn)。

（3）對(duì)機(jī)械雜質(zhì)抗磨性能好，過濾器拆除情況下泵體磨損小。

（4）與螺桿泵相比維修費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)性能好。