淺析油田動設(shè)備中注水泵的效率測試

李建鵬，張艷秋，王 毅，石 堯，周 航

（中石化股份勝利油田分公司技術(shù)檢測中心，山東東營 257000）

0 引言

我國油田經(jīng)過70 多年的開發(fā)后到了開采的后期，目前絕大多數(shù)采用注水或注聚開發(fā)，隨著開發(fā)進程的推進，早期建設(shè)的設(shè)施已不能滿足現(xiàn)有開發(fā)的需要，導(dǎo)致現(xiàn)有注采系統(tǒng)生產(chǎn)率低、能耗大。為了維持地層壓力或保證采收率，油田企業(yè)動設(shè)備的使用規(guī)模在日益擴大。動設(shè)備中，注水泵因壓力高、注液量大，匹配的大多數(shù)是大功率電機。據(jù)統(tǒng)計，油田注水用電量約占油田總用電量的40%[1-3]?，F(xiàn)階段，各油田企業(yè)越來越重視注采系統(tǒng)的節(jié)能效益，因此有必要對注采系統(tǒng)的機組效率進行準(zhǔn)確檢測并綜合分析，及時掌握注采系統(tǒng)中高耗能的問題所在，進而根據(jù)生產(chǎn)工況及時調(diào)整注采設(shè)備運行參數(shù)，最終實現(xiàn)設(shè)備的經(jīng)濟安全運行是目前亟待解決的問題[4-6]。

1 測試原理與方法簡介

注采系統(tǒng)泵機組效率測試方法有水力學(xué)法（流量計法）和熱力學(xué)法（溫差法），而流量計法最關(guān)鍵的問題就是流量計計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。以某油田為例，目前注水泵流量計顯示數(shù)據(jù)不準(zhǔn)達到40%以上。為了獲得準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)，選取溫差法對典型泵機組展開測試，以期為后續(xù)校正油田“四化”報表以及為接下來的與物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)改造的智慧油田提供底層數(shù)據(jù)支撐（本文中的“四化”是指“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、模塊化建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)化采購、信息化提升”）。

1.1 熱力學(xué)法測量水泵效率的計算

熱力學(xué)法測量水泵效率的計算見式（1）：

式中 ΔP——泵靜水頭，MPa

Δt——泵進出水間溫度差，用專用的溫差測量裝置測，℃

K——水的壓縮性和膨脹性綜合系數(shù)

Cp——水的定壓比熱，可以查表取值，J/Ckg·℃

E——泵盤根、軸承損失及泵體與環(huán)境熱交換的代數(shù)和，由經(jīng)試驗和近似式計算

泵靜水頭ΔP=101.92×（P2-P1），其中P1、P2分別為泵出口、進口的壓力，可以用壓力表或其他測壓方法測取；水的壓縮性和膨脹性綜合系數(shù)K、Cp可查表得到。

1.2 現(xiàn)場工作流程

現(xiàn)場泵效測試儀采用的是便攜式泵效測試儀，借助大規(guī)模集成電路將放大器、濾波器、轉(zhuǎn)換器、存儲器、顯示器和存儲裝置集中在一個便攜式測試儀中。在現(xiàn)場無需借用其他設(shè)備及電源，即可采集和分析信號，保存現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，另外這些數(shù)據(jù)可以直接傳送到計算機上作詳盡的分析與處理（圖1）。

圖1 測試現(xiàn)場及工作流程

注水泵和電機的測試數(shù)據(jù)及相應(yīng)的曲線見圖2，每臺機組的數(shù)據(jù)可以實時調(diào)取，同時可以進行匯總、分析和比較。

圖2 注水泵的測試數(shù)據(jù)及相應(yīng)的曲線

2 測試結(jié)果及分析

基于上述原理及布局，選取某油田一個廠運行的注水泵進行現(xiàn)場測試，共測試106 臺注水泵泵效、采集分析數(shù)據(jù)1100 多個，其中有效分析數(shù)據(jù)996 個（表1）。

由表1 可知，整體上所測試的DF100、DF120、DF160、KGF350、DFG250、KGF450 和DF250 等類型的泵測試效率和泵的額定效率相對較為匹配，可以認為其符合相應(yīng)工藝的要求；而某些泵站的DF400、DFG350 以及DF300 則相差較大。

表1 注水泵泵效測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

（1）某泵站運行了兩臺DF400 型泵，一臺8 級、一臺9 級，系統(tǒng)干壓顯示約12.8 MPa，注水泵出水壓力約13.1 MPa。該DF400 型注水泵平均泵效為75.07%，與其額定效率80%相差較大，可以認為存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象。

（2）另外一泵站運行的DF300 型8 級泵，其系統(tǒng)干壓約12.5 MPa，注水泵出水壓力約12.9 MPa。該泵平均泵效為僅為71.72%，與其額定效率78%相差較大，因此可以斷定這一泵站已不適應(yīng)相應(yīng)采油管理區(qū)的注水工藝要求。

3 結(jié)論及認識

采用一套便攜泵效測試儀即可實現(xiàn)對油田注水泵機組性能技術(shù)參數(shù)現(xiàn)場測試和測算，在機組不停機的情況下，快速測試出注水泵泵效并判斷其技術(shù)性能，測試結(jié)果不僅為下一步設(shè)備選型提供了理論依據(jù)、對當(dāng)前工藝參數(shù)狀態(tài)下泵使用效能做出評價，還可以為各級部門的設(shè)備管理提供技術(shù)支撐。

未來可以通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和性能曲線圖技術(shù)，對注水泵機組性能數(shù)據(jù)進行深層次處理，通過注水泵性能曲線圖和注水電機性能曲線圖對數(shù)據(jù)傳輸信號進行有效性分析，結(jié)合目前的物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，為未來的智慧油田建設(shè)提供底層的支持。