高效增压注水配套工艺技术

高效增压注水配套工艺技术

1赵建玲 ,2朱训平

胜利油田胜利采油厂管理六区注采603站  山东省东营市  257000

中石化胜利油田油气集输总厂东营天然气处理站  山东省东营市  257000

【摘要】为满足开发需要，目前油田吸水较差的水井需增压才能达到配注，目前增压设备采取柱塞式往复泵增压方式解决，针对柱塞式往复增压泵存在问题，研制开发了高效增压注水设备。高效增压增注技术即在基于成熟电潜离心泵产品的基础上进行优化提升。利用地面来水，经井口高压止回阀流经离心泵增压，通过注水口增压到油套环形空间，注入到注水层；利用变频控制技术实现注水量的灵活调节；利用高压过电缆偏心井口悬挂器，实现井口高压密封。解决了柱塞式往复增压泵能耗高、维修频繁、安全隐患大等生产问题。

关键词：高效增压注水设备  设备优势  创新优势  安全高效  经济效益

一、目前增压注水设备现状及存在问题

注水需经过注水站增压到配水间后注入，干线压力一般为10.0 -13.5MPa，根据开发需要，吸水较差的水井需增压才能达到配注，目前注水增压都是采取柱塞式往复泵增压方式解决。柱塞式往复泵存在的问题：

1.能耗高、工作量大能源利用效率低，系统平均效率不足25%，存在巨大的能源浪费；

2.维修频繁、费用高存在柱塞泵缸体易磨损，大皮带轮漏，轴瓦松旷、中间杆磨损严重以及液力端、动力端检修频繁等设备问题；

3.安全环保隐患突出整体电机及往复泵增压机组完全裸露，存在高压、触电、泄露等较大的安全环保隐患。

体积笨重、占地面积大、噪音大，有些注水设备位于市内居民区，造成土地浪费、噪音影响居民的工作和生活。

二、高效增压注水设备的特点及优势

针对柱塞式往复增压泵存在问题，研制开发了高效增压注水设备。高效智能模块化注水系统装备结构分两种类型：立式、卧式。高效智能模块化注水系统设备包括高压自平衡电机、离心泵、射流装置及控制系统等组成。卧式和立式增压范围13-15MP，可增至28-30MP。

2.1高效增压注水设备优势

采用聚四氟耐磨减磨垫，半浮式外加厚离心泵设计结构，轴承采用硬质合金设计，满足离心泵在注水条件下的性能测试要求。离心泵举升扬程根据实际注水要求进行装配。其中轴承在注水生产中起到主要作用。

1.水泵：工作环境介质是水，工作压力为最大25 MPa，水中可能含有少量硬度较低的颗粒，工作过程中承受径向力，径向力大小约为3kg，滑动轴承的内径初步定为32mm。

2.电机：轴承的工作环境为油（该种电机油流动性像水一样），工作压力25MPa，工作过程中承受径向力，径向力小于30kg，轴径初步定为30mm。

3.电机和水泵轴承材料选择：由于电机和水泵中滑动轴承的使用工况不同，因此，需要分别筛选出满足使用要求的材料，目前滑动轴承常用材料如下：

（1）轴承合金，是锡、铅、锑、铜等金属的合金，锡或铅为基体，具有抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑和、是优良的轴承材料，常用于高速重载的轴承。

（2）多孔质金属材料，用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。

（3）橡胶轴承材料，具有较大的弹性，能减轻震动使运转平稳，可用水轴承。常用于潜水泵、砂石清洗机、钻机等有泥沙的场合。

（4）改性聚四氟乙烯材料，具有耐腐蚀、耐气候、高润滑的特点，在受载时容易出现蠕变现象，在力学性能方面优异的特性是摩擦系数小，在0.01～0.1之间，在现有塑料材料，乃至所有工程材料中最小。

从中可以看出，电机中轴承径向承载力较大，所以选用轴承合金材料，水泵选用改性聚四氟乙烯材料较为合适。

2.2高效增压注水技术优势

1.独创了高压自平衡电机，解决了注水泵高压水密封性差的世界性难题，优化现场环境。

2.开发了平衡盘解决了注水泵轴向力的承压及轴承的均衡受力问题，提高了轴承的寿命;

3.开发了射流装置，调节系统进气量在裂隙区形成“气栓”打通注水通道，提高注水效果。

2.3高效增压注水方案设备构成

高效智能模块化注水系统设备包括高压自平衡电机、离心泵、射流装置及控制系统等组成。

1.高压自平衡电机：高压自平衡电机是高效智能模块化注水系统专用电机，是该系统的动力设备，电机腔和机封可承受15MPa水压，具有大转矩、调速平滑、高效节能的特点，电机的调速范围为20～50Hz,电机效率达80%以上。

2.离心式注水泵：

自平衡轴向力，设有专用自平衡轴向力装置，在有效传递轴向力的同时，还可承受叶轮产生的向下的剩余轴向力，吸收冲击载荷，提高了承载力及可靠性。

（1）加装载荷缓冲部件，延长使用寿命加装载荷缓冲部件，吸收注水泵叶轮运转时产生的冲击载荷，延长推力轴承组的使用寿命，进而提高整个系统的使用寿命。

（2）耐磨蚀耐腐蚀技术导轴承采用硬质合金润滑轴承对磨副，耐磨损，强度高，在注水液中耐腐蚀性能好。

3.控制系统：

控制系统采用变频控制方式，可根据注水压力的大小对电机转速的升降进行自动智能调速，远程控制与设备采集端口，通过PC后台或者手机端APP能够回传现场数据并根据现场情况对设备进行远程开、关机，调节系统参数，实现对设备的现场运转数据进行远程监控，节约时间、人力资源。

三、与柱塞式增压泵效果对比

3.1与柱塞式增压泵构造结构及适用性对比

1.柱塞泵：

（a）结构复杂，零件数量多。

（b）制造工艺要求高，成本高。

（c）对污染敏感，对过滤精度要求高，使用维护要求高。

（d）大流量波动和噪声。

2.离心泵：

（a）流量连续均匀，运行稳定，适用流量范围大。

（b）高速，可直接与电机连接，结构简单紧凑，可串、多级连接，尺寸小，低成本。

（c）对杂质不敏感，易损件少，维修方便。

3.2与柱塞式增压泵易损部件对比

柱塞泵：易损部件多，曲轴箱温度高、大皮带轮漏、轴瓦松旷、中间杆磨损严重、柱塞、填料、曲轴箱机油、润滑机油、电机皮带、250-350闸门、增压泵紧盘根配套工具等。单次维修费用1.7万元。每台增压泵维修频次2-3次/年左右，每台增压泵维修费用5.1万元/年。

离心泵：易损部件少，结构简单、运行稳定、故障率低，免维护。易损部件仅是骨架油封，使用寿命1.5-2年， 价格45元，加上车辆费用、吊装费、工时费，每台高效智能离心泵的维修费用0.68万元/年。

柱塞泵存在曲柄、连杆、活塞运动，其运动部件较多，磨损量很大，所以十分依赖于日常维修。根据标准规定及实际使用情况统计，易损件的使用寿命在1000小时以下。运行过程中需要频繁的停机更换部件，大修周期不超过12,000小时，尤其是在超高压工况下，故障频率更高。离心泵结构简单易损件少，在设计及制造满足使用要求的情况下，可以长周期稳定运行。

3.3与柱塞式增压泵水敏性对比

目前油田回注水具备的基本特征是含油、含悬浮颗粒含有机物及微生物和矿化度高。柱塞式增压泵对水质过滤精度要求高，在现场调查中发现，许多增压泵的柱塞中部经常发生点蚀，且很频繁而有规律，蚀点位置至柱塞端面的距离在110-120mm之间，发生点蚀的周期（柱塞寿命）15-20天，一旦柱塞发生点蚀，会引起严重的刺漏，因而柱塞必须更换。电潜离心式增压泵对杂质不敏感，不会发生点蚀，水敏性较低，运行成本大大降低。

四、社会效益评价

1.减少了员工每日紧填料、加填料等工作,避免了员工日常维护增压泵操作时的人身伤害风险，达到减员增效的目的。

2.由于是免维护，因维修维护保养等因素造成的停泵时间大大缩减，运行时率将由目前的85%提高到98%以上。

3.面积小、噪音低、无泄漏、无污染实现污水的零排放，实现了绿色清洁生产，减少了噪音对员工及周边居住环境的的影响。

参考文献

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