單一水源供水區域潛水電泵系統改進

張建國

作者通聯：南陽油田水電廠供水大隊 河南南陽市宛城區 473132

E-mail：zjianguo101@sohu.com

單一水源供水區域特點：①供水水源井較少，一般在兩口以下或兩口互為備用，以保證可靠供水；②用水單位單一且用水量小；③供水方式簡單，一般是兩點一線式，供和用之間調節能力差。油田生產需要注水，因此對供水可靠性有較高要求，特別是油田單一區塊生產區的原油生產對供水水壓、水質及水量保證能力要求更高。從單一水源供水區域供水工藝流程（水源井來水→進入緩沖水罐→注水加壓泵站→油田生產注水）可以看出，相對于其他類型供水系統，單一供水系統工藝簡單，由于水源采至中深層地下水，水質符合國家飲用水標準，也符合潛水電泵使用條件。

一、存在的問題

河南油田多由小區塊油田構成，南陽油田在7個小區塊油田的供水中均采取打建中深層水源井，下入潛水電泵取水，一般在每個單一水源供水區域有兩口水源井，日供水量500～2000m3。近年這些單一水源供水區域井用潛水電泵平均運行周期為2500h，個別區域甚至僅有570h，遠低于10000h的技術要求，嚴重影響油田生產，增加維修成本。如具有代表性的井樓水源地由1#和2#兩口水源井構成，一用一備，潛水電泵投運以來，主要故障現象如下。

（1）運行電流不穩定（25～27A），在額定電流以上超過5%的擺動。

（2）電機保護器頻繁保護。

（3）潛水電機絕緣電阻（對地）下降較快，電機及YC電纜絕緣阻值從下井時的500MΩ迅速降至5MΩ（冷態）以下，甚至無絕緣（燒電機）。

（4）運行過程中機械噪聲呈非周期性。

（5）水表和壓力表均有擺動現象。

水源井和潛水電泵分別屬于低產水井和小排量中揚程水泵，井泵配置合理（表1）。

表1 1#水源井及潛水電泵技術參數

二、問題分析

1.潛水電機及電纜的絕緣阻值（對地）下降迅速

（1）絕緣阻值方面。潛水電泵絕緣阻值構成：①電機自身的絕緣阻值；②YC重型電纜的絕緣阻值；③潛水電機電纜引出線與YC重型電纜連接包扎后的絕緣。這些絕緣阻值均可在下入水源井前進行技術驗證，按照技術規程，潛水電機灌注引水后浸泡24h，絕緣阻值（對地冷態）應≥50MΩ，YC潛水電纜應≥100MΩ，潛水電機引出電纜與YC潛水電纜進行連接絕緣包扎后浸泡在水中24h，絕緣阻值（對地冷態）應＞40MΩ。潛水電泵下入水源井后還需監測熱態絕緣電阻應≥5MΩ。該水源井靜水位為17m，動水位為80m，最大水位降深63m，接近潛水電泵最大允許潛入深度70m，若考慮電機、電纜及其連接的包扎質量問題，以及潛水電泵長期處于備用狀態時，其承受的靜水壓力一直處于極限狀態，這些因素可使潛水電機和潛水電纜絕緣阻值迅速下降，當再次啟動時，啟動沖擊電流就可破壞電機或電纜絕緣，燒毀電機。

（2）工藝方面。該水源供水方式為兩點一線式，潛水電泵采用電接觸式壓力自動啟停操作，中間有1個50m3緩沖罐對水源井來水水量進行調節緩沖。從水表直接計量計算該泵實際產水量為16m3/h，即3h可以打滿緩沖罐，運行值班日志反映每天啟停泵次數多達12次，頻繁啟停，潛水電泵的沖擊電流（該型號潛水電泵啟動電流可達4～7倍額定電流）對潛水電泵及電纜產生交變影響也可使絕緣迅速老化。

2.運行不穩定

潛水電泵頻繁啟動，始終處在一個交變的運行狀態，特別是啟動過程中潛水電泵轉速高達2900r/min。啟動瞬間產生的沖擊負荷加速了潛水電泵的止推軸承和止推盤（承受軸向載荷為主要承載載荷）、橡膠軸承及其導軸承（承受徑向載荷）的非正常磨損，造成軸承偏磨，間隙迅速增大。解體損壞的潛水電泵，可以看出：①潛水電泵電機止推軸承和止推盤存在偏磨、溝槽，最大偏差0.4mm，溝槽深度0.2mm，并有電機銅導軸承磨損產生的銅屑，銅導軸承及橡膠軸承最大磨損間隙1.9mm，間隙差0.6mm，水泵葉輪與密封環的間隙差0.8mm；②由于該水源距離值班點較遠，為確保原油及時生產，采取點接觸式壓力自動啟停操作，而潛水電泵的出水閥門為常開狀態，按照技術規程采取直接啟停的潛水電泵應采取閉閥啟動，目的是為了降低啟動載荷，保護電機和電纜承載過大的沖擊電流，停泵亦采取閉閥方式，目的是防止產生水錘損毀水泵，這種直接啟停方式加劇了啟動瞬間和停泵時不均勻載荷所造成的非正常磨損和損毀。

潛水電泵故障率高的原因，是上述兩方面因素綜合作用產生的結果，造成潛水電泵運行時機械噪聲出現不均勻雜音，在電流表、壓力表、水表運行時表現為不穩定狀態，同時引起電機保護器進行過流保護。

三、改進措施

（1）選擇符合水源井技術條件的新設備，如在2#井采用耐磨損的不銹鋼潛水電泵。

（2）選擇與水源井基本技術參數相適應的潛水電泵，即“以井定泵”，滿足正常運行要求。

（3）在潛水電泵下入水源井前，按照技術規程要求，每包扎一層進行一次絕緣測試，提高電纜包扎質量，確保潛水電泵絕緣電阻（對地冷態絕緣）＞40MΩ，還要做到每道工序都有檢測和驗證記錄，從源頭保證潛水電泵技術狀態良好。

（4）改進供水工藝，建議增大緩沖罐儲水能力，根據供水能力將50m3緩沖罐改為150m3，以減少啟停泵次數，盡可能使水泵連續穩定運行。

（5）為避免頻繁啟停對潛水電泵的沖擊載荷，在1#井安裝變頻器，將點接觸式壓力自動啟停操作改為通過PID壓力閉環控制技術，采用變頻調速技術變硬啟停為軟啟停，實現自動控制，這是最有效的技術措施同時也可實現節能降耗。

四、效果

上述措施自2010年3月份實施以來，潛水電泵系統運行穩定，運行質量和可靠性明顯提高，平均每臺電泵可節省5次大修，節約費用3.5萬元。目前已將這些綜合改進措施推廣到其他單一水源供水區域。