長慶油田往復式注水泵創新技術綜述

（1.西安石油大學石油工程學院；2.西南石油大學機電工程學院；

3.中國石油長慶油田分公司設備管理處，陜西 西安710068）

長慶油田往復式注水泵創新技術綜述

張 昊1，3吉效科2，3陳莉蓉3

（1.西安石油大學石油工程學院；2.西南石油大學機電工程學院；

3.中國石油長慶油田分公司設備管理處，陜西 西安710068）

長慶油田某公司生產的注水泵額定壓力在20MPa以下性能較穩定，但當額定壓力在20MPa以上時一般故障較多。為此開展注水泵技術優化創新，制定注水泵訂貨技術規范，統一技術配置與運行管理，引進試用先進設備和材料，提高注水泵及易損件壽命，縮短故障停機時間，提高了注水時率和注水系統效率。

注水泵；柱塞泵；離心泵

一、概述

長慶油田注水站的種類主要有清水注水站、采出水回注站、清水和采出水分注站及小型橇裝注水站，這些站點分布廣，數量多。清水注水站由小規模分散建站改進為大規模集中建站，減少勞動定員，節約了運行成本。采出水回注站一般與聯合站合建，聯合站脫出采出水就地處理，就近回注。清水和采出水分注站是在注水泵房內同時設有清水、采出水兩套流程，兩流程通過一臺共用注水泵連接，便于清水或采出水注水量調節。小型橇裝注水站適用于特低滲透油田開發中的超前注水區塊、注水井較少的試驗區塊和正規注水站覆蓋不到的邊遠小區塊。

近年來，長慶油田在注水泵的防腐技術、防振減振、延長易損件壽命、降低能耗、提高效率、安全防護、節約投資、降低成本、數字化管理、規范化管理等方面開展了一些探索與試驗，逐步形成了適合長慶油田注水泵的一些技術、配置與方法。

二、技術應用與取得的成果

1.結合生產工藝實際和節能降耗要求，優化注水泵運行管理。

（1）常規注水泵工藝是在泵前設計喂水泵，以保證注水泵充足的供液量。長慶油田近一半注水泵實際運行排量在20m3/h以下。為此，采取利用注水泵與水罐之間的標高差、增大注水泵進口管線直徑以及改為雙進口管線供液等措施，實現了137臺注水泵（占注水泵的12.5%）可在不用喂水泵狀態下運行。

（2）針對注水泵實際排量與配注量不能很好匹配，多余水量通過站內打回流處理的情況，結合節能項目，累計對467臺注水泵完成變頻技術改造，使得油田42.5%的注水泵無回流注水。

（3）同時，對其它注水泵通過更換皮帶輪、改變柱塞直徑等措施，調整注水泵運行排量，使其額定排量與實際配注量較好吻合。

2.結合油田安全隱患治理，制定《長慶油田往復式注水泵技術規范》，加強注水泵的技術配置與安全管理。近年來，因注水壓力逐步升高、泵體局部腐蝕、管網振動、結構缺陷、防護不全等引發蓄能器飛出、泵體開裂、管網刺漏等時有發生，給站庫安全管理、人員操作、生產運行帶來很大威脅。對此采取了以下措施。

（1）明確蓄能器配置標準。針對一些站點注水泵管網振動嚴重、廠家配置蓄能器過小的問題，全部進行更換并增大蓄能器設計容量1～2個等級；并且將蓄能器的配置規格型號從8個減少到現有的5個，增強蓄能器的互換性。針對蓄能器飛出問題，一是對現有注水泵蓄能器采取防護加固措施；二是把蓄能器與三通的內螺紋連接改造為外螺紋連接型式；三是嚴禁將蓄能器安裝在泵頭缸體上；四是規定蓄能器過流部件材質和防腐加工處理工藝。新泵全部按此配置標準執行。

（2）規范注水泵防護罩標準。針對過去注水泵無防護罩或防護罩不規范的問題，一方面督促各單位對現有注水泵防護罩進行規范，另一方面在注水泵采購中明確要求配置，確保油田注水泵100%配置防護罩。

（3）規范注水泵的泵頭型式。針對泵體開裂的問題，經過故障分析論證，立式分體錐閥的吸入閥與排出閥之間為高壓交變載荷區域，其十字孔相貫線處存在應力集中，易造成液力端泵頭開裂。為此，明確規定額定壓力16MPa以上（含）的注水泵液力端缸體全部采用臥式組合閥結構。

3.試驗雙導向定位密封錐形組合閥結構液力端泵頭缸體。針對采出水注水泵進、排液閥使用壽命短、檢泵頻繁的問題，2012年5月，在采油三廠虎狼峁作業區柳三轉3#采出水注水泵上改造試驗了雙導向定位密封錐形組合閥結構。在運行參數不變的情況下，該泵進、排液閥已經正常運行2 208h，較改造前的壽命提高了700h，泵效提高到90%以上。雙導向定位密封錐形組合閥特點是，金屬閥板錐面上裝有非金屬密封結構，當泵閥落座時可減緩沖擊并在關閉時增加密封接觸面，改善密封性能，提高了閥組的壽命；定位密封錐形閥在開啟和關閉過程中有雙重導向，從而保證錐閥與閥座的對中性和密封性；進液閥和排液閥共同組合在同一閥座上，安裝、拆卸方便；組合閥裝在泵頭中，泵頭中相交孔的應力集中處沒有交變載荷的產生，從而保證了泵體在高壓力作用下不會開裂。

4.試用延長柱塞與盤根使用壽命的新技術。

（1）新型隔膜式注水泵。針對注水泵柱塞及密封函體受采出水腐蝕而使用壽命短、更換頻繁的問題，2009年11月，在超低滲透油藏第二項目部元西一轉引進試驗隔膜式注水泵1臺，試驗期間經過改進和優化，性能穩定。與同參數的3175Pa-17.3/20型注水泵相比,柱塞壽命提高到15 000h，為普通注水泵的3.5倍；填料壽命提高到15 000h，為普通注水泵的26倍；維修次數明顯減少，年維修費用只有普通注水泵的13%。該型泵采用前置式護膜板和循環壓力平衡系統，延長了隔膜片的使用壽命，柱塞和盤根在油潤滑狀況下，不會產生異常溫升現象，使“易損件”成為“非易損件”。

（2）柱塞填料密封同步隔離技術。為延長易損件使用壽命，通過利用密封腔密封潤滑介質（抗乳化油品）良好的潤滑性能，使密封介質與輸送介質達到自動安全隔離狀態，克服柱塞往復運動期間與填料摩擦副的摩擦功耗以實現降低柱塞與填料間摩擦損失，2011～2012年，先后在采油三廠油二聯改造4臺、靖四聯改造2臺、盤二注新安裝1臺注水泵，試驗同步隔離技術，該技術的試驗將注水泵的盤根壽命提高了1 000h以上，降低注水單耗9.9%。

（3）柱塞與中間桿的自動對中調心技術。現有注水泵的柱塞和中間桿采用卡環或螺紋連接兩種型式。卡環連接可以對上下左右不同心進行一定程度的調節，但卡環容易松脫引起曲柄連桿機構機械事故；螺紋連接是剛性連接，在加工、裝配誤差及自重的共同作用下,軸線與孔中心線不可能完全重合,存在徑向偏差,易造成十字頭徑向負荷增加、電機輸出功率增大、十字頭及滑道磨損、連桿瓦偏磨、柱塞偏磨、壽命縮短等問題。針對這兩種連接型式的不足，2011年1月，在采油三廠油二聯2臺注水泵液力端總成改造試驗了柱塞與中間桿自動對中調心技術。改造后泵排量從31m3/h提高到39 m3/h，注水單耗從0.311 1kW.h/（m3.MPa）下降至0.266 7kW.h/（m3.MPa），易損件平均壽命延長近1 500h，運行振動減小，運行平穩。

（4）陶瓷柱塞技術。針對采出水腐蝕性強，注水泵使用壽命短的問題，2007年開始，試驗了陶瓷柱塞。到2012年的5年間，有低溫燒結、等離子噴涂、爆炸噴涂、激光熔覆等多項陶瓷柱塞工藝技術在現場試驗，使用壽命從168h到10 120h不等。采油三廠靖二聯試用的一根氧化鋯低溫燒結陶瓷柱塞使用壽命為10 120h，而油二聯試用的一根氧化鋯低溫燒結陶瓷柱塞使用壽命為6 155h，使用壽命是同臺泵普通柱塞的3～4倍。以上試驗數據說明陶瓷柱塞確實具有耐磨、耐腐蝕的特點。但由于燒結工藝復雜、質量差別大、產品種類繁多、安裝條件高，適用于油田采出水注水泵的陶瓷柱塞仍需逐步積累產品選擇和工況匹配的經驗。

（5）柱塞表面噴涂技術。超音速火焰噴涂工藝相對常規火焰噴涂工藝，粒子速度從30～180m/s增加到500～800m/s，涂層的致密性孔隙率從10%～30%降低至1%～10%，涂層結合強度從14～28 MPa增加到60～90MPa，涂層增氧量從4%～6%降低到0.2%。可提高柱塞的表面粗糙度Ra值達0.2、表面硬度達HV750以上，提高柱塞耐磨性。經現場試驗證明，該技術使注水泵柱塞的使用壽命提高1 500h。

（6）優化盤根材質選型與組合。針對高壓注水泵填料盤根壽命短的問題，試驗碳纖維盤根、增強型碳纖維盤根（二次燒結高強度的碳纖維填料盤根）和復合芳倫盤根3種填料盤根的密封效果。實踐證明，在泵壓小于16MPa時，可以采用碳纖維填料盤根或增強型碳纖維填料盤根；但在泵壓高于16MPa時，碳纖維填料盤根和增強型碳纖維盤根的密封性較使用復合芳倫盤根壽命短450h。

針對注水泵盤根壽命較短的問題，探索“13141”盤根組合方案，與“181”盤根組合方案相比，半年節省盤根數量10個/臺，注采出水和注清水泵的盤根壽命分別提高370h和399h。但是該結構是否對柱塞的壽命有影響正在進一步的跟蹤試驗中。

三、結語

近年來，長慶油田緊密圍繞油氣生產工藝和節能降耗、安全隱患治理等工作要求，通過制定《長慶油田往復式注水泵技術規范》，加強了注水泵的技術配置，明確了蓄能器、防護罩配置標準；通過新設備、新技術的應用及強化注水泵技術與運行管理工作，減小了注水泵因流量脈動導致的壓力波動，提高了防腐蝕性能，延長了使用壽命，實現了往復式注水泵安全平穩經濟運行。

[1] 董巍，王榮敏.長慶油田注水地面工程技術優化分析[J].石油規劃設計，2010，21（3）.

TE934.1

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：1671-0711（2014）10-0050-02

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