注聚泵清閥工具通孔規的研制與應用

劉淞尹（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

自上世紀90年代我國引進三次采油技術以來，化學驅采油工藝技術得到飛速發展，注聚采油裝置國產裝備早已實現百分之百，注聚采油工藝技術對提高老油田采收率，實現老油田穩產增產起到了十分重要的作用[1-3]。以勝利油田某采油廠為例，目前已建成投產注聚站6座，在用注聚泵已達到200余臺，注聚產油量達到全廠總產油量30%。隨著注聚規模的持續擴大，如何提升在用注聚泵的運行效率，提高注聚泵清閥周期，降低注聚生產運行成本，已成為注聚開發生產一項重要的研究課題。

1 存在問題

1.1 注聚增油概況

近幾年來，采油廠利用三次采油技術提高油氣采收率，穩定老區產量，注聚規模逐年擴大，注聚驅油技術已成為各油田大幅度提高采收率的主要技術手段之一。該技術驅油原理就是在水中加入化學物質，增加水的黏度，使得水黏度接近原油黏度,黏度比越高，驅油效果越好。20世紀60年代，勝利油田科研人員就開始了注聚驅油技術的室內研究工作。1992年，勝利油田將化學驅由室內搬到室外，在孤島采油廠進行礦場實驗；1994年，在孤島、孤東兩家采油廠進行擴大礦場試驗；1997年，化學驅開始在一類油藏中正式推廣應用；2010年，在孤島中一區Ng3開展了聚合物驅后井網調整非均相復合驅先導試驗，實施后降水增油效果顯著，并形成適合聚驅后油藏高效開發的非均相復合驅配套技術。目前，注聚驅油技術在一類和二類油藏中得到大規模應用，并正在開展適用于三類油藏的注聚驅油技術的研究工作。經過30 a的發展，勝利油田形成了以聚合物驅、二元復合驅、非均相復合驅為主的注聚驅油產油方式。聚合物驅累計增油量占化學驅的60%以上，其對應的產油平衡油價在30～40美元/桶，經濟效益可觀。孤島油田中一區Ng3在30 a的聚合物驅開發中，日產油量增加3.6倍，累積增油19.8×104t，最終采收率達到58%，每噸聚合物增油達到140 t。據統計，自1997年至今，勝利油田應用注聚驅油技術為油田增油2 839×104t，提高采收率8.2%，井網調整非均相復合驅油技術已成為油田開發的一項新接替技術，有效將油田開發技術成本降到50美元/桶以下。

1.2 問題分析

1）泵體及閥組內易產生銹跡和結垢，會影響注聚泵運行質量。注聚泵是泵送聚合物介質的關鍵設備，目前油田在用注聚泵主要為三柱往復式柱塞泵[4-6]。注聚泵在工作時，泵體內的流體受擠壓，壓力升高，進液閥關閉，排液閥打開，液體被排出。注聚母液加入了磺酸鹽表面活性劑，聚合物溶液對金屬有一定的腐蝕性；注聚泵長時間運行對閥組和注聚泵泵腔產生腐蝕，會在注聚泵閥組和泵腔產生大量的銹跡和結垢；注聚泵配件和泵體的間隙雖小，但也會沉淀更小的雜質，造成注聚泵運行效率降低，能耗增加，甚至嚴重影響注聚質量和效果。

2）缺乏必要的注聚泵清閥專用工具，影響注聚泵維修和清閥質量及效率。注聚泵液力端主要由閥座、球形閥芯、半球形導向桿、彈簧、導向套、定位套以及端蓋等部分組成。注聚泵在運行過程中，經常發生因閥簧斷、閥不工作、泵腔堵塞等而導致泵效降低的現象，此時就需要盡快清理泵腔，更換維修泵閥配件來提高容積效率和泵效。

但在清閥和維修過程中，由于缺乏必要的注聚泵清閥專用工具以及聚合物溶液對泵腔的腐蝕作用，導致注聚泵泵腔銹蝕、維修過程砂卡，球閥、閥座等提取困難，操作極為不便；且操作時易損傷泵體及閥座的密封性，影響維修和清閥質量，也嚴重影響工作效率，造成注聚泵清閥工作費時、費力，甚至降低注聚泵的工作效率，增加能耗，嚴重影響了聚合物溶液的正常注入。

3）注聚泵運行管理工作中存在安全隱患與缺陷：清閥時球閥、閥座提取困難，操作不方便；操作時易損傷泵體用閥座；操作時由于使用錘子向上敲擊提取閥芯，易造成注聚泵配件損壞和泵體密封性差。清閥時提取原有配件，因配件與泵體會產生摩擦，閥罩及閥座就不容易取出，且容易造成閥座和閥罩外表劃痕，這不僅會降低注聚泵的運行效率，而且會縮短配件的使用壽命。

2 清閥工具通孔規研制

2.1 清閥過程中的難點

1）母液和各類藥劑混合液在充滿泵腔縫隙中較長時間無法流動，就會變成固體，造成難以清洗[7-8]。

2）閥芯、閥座、定位套之間縫隙內的液體一般含有細小顆粒狀雜質，凝固后吸附在泵體上形成多個圓圈，給清閥、取閥造成困難。

3）在諸多障礙下將配件取出后，還有部分雜質及銹跡吸附在泵腔環形壁上，無法清理，給安裝新的配件造成困難[9-10]。

2.2 技術難題

1）閥芯、閥座與泵腔之間的間隙要求不超過“5絲”，如果高于這個數值就會產生串液，降低注聚泵泵效；如果低于這個數值，取閥和裝閥就不容易做到。

2）泵腔因長時間無法清理，吸附在泵腔壁的雜質與銹跡會更加牢固，也給取閥和裝閥造成障礙。

3）由于外在因素，雖然清閥比較頻繁，但在泵腔壁上依然有諸多銹跡和雜質。

2.3 工作原理

設計研制出一種新型注聚泵清閥工具通孔規。該工具利用固體蠟的潤滑作用對附著在泵腔壁的雜質和銹跡進行清理，它是以注聚泵的閥罩、閥座的外徑為標準尺寸的一種管狀體，其材質選擇不銹鋼鋼管。在加工通孔規時，在其外壁預留5～10絲的圓型凹凸面，凹凸面的作用是在上面涂一層固體蠟便于懸掛。在疏通泵腔壁的同時對泵腔進行一次防腐，這樣既起到防止泵體和配件腐蝕，又起到潤滑作用，達到注聚泵防銹、防卡，清閥時提閥、下閥，操作時省時、省力，提升泵運行效率，實現節能降耗的目的。

2.4 通孔規樣品研制

根據注聚泵的閥罩、閥座的外徑和注聚泵清閥工具通孔規的工作原理，加工制作注聚泵清閥工具通孔規樣品2套，對現場幾臺注聚泵進行多次跟蹤試驗，通孔規的結構見圖1。試驗結果表明，其他沒有經過通孔規試驗應用的注聚泵，每一次清閥時，清閥時間長、效果差，消耗人力、物力；經過通孔規試驗應用的注聚泵，清閥時間短、效果好，僅需一人在30 min內，就能輕松完成一次清閥任務，這充分說明注聚泵清閥工具通孔規的研制獲得成功。

圖1 通孔規的結構示意圖Fig.1 Structure diagram ofthrough hole gauge

3 現場應用

2019年3 月，1套清閥工具通孔規在某采油廠11#注聚站試用成功后，隨后增加10套通孔規用于其他各注聚站。通孔規表面涂的固體蠟，對泵體和配件起到防腐和潤滑作用，可有效降低泵腔表面磨損，提升泵運行效率，提閥、下閥操作省力，減少了清閥作業勞動強度；清閥時間由原來的60 min縮短到30 min，提高了設備生產時率。先期在11#注聚站投入使用的注聚泵清閥周期延長到200 d，提升了注聚泵機組運行效率，清閥前后注聚泵機組平均運行效率由原來66.9%提高到目前的80.2%，提高了13.3%，節能降耗效果明顯。注聚站通孔規應用前后清閥周期統計對比見表1。注聚站通孔規應用前后注聚泵機組平均運行效率統計對比見表2。

表1 注聚站通孔規應用前后清閥周期統計對比Tab.1 Statistical comparison of valve cleaning cycles before and after the application of hole gauge in polymer injection station

從表1可以看出，先期在11#注聚站投入使用后的注聚泵清閥周期最長已達200 d，總計應用143臺。使用前平均清閥周期為59 d，使用后平均清閥周期為133 d，折合年累計減少清閥572臺次，每臺次節約閥芯、閥座2套，總計年節約1 044套。

如表2所示，注聚站平均機組運行效率提升了13.3%，平均單機運行有功功率下降了1.1 kW，年總耗電量下降了137.794 8×104kWh，節能效果明顯。

表2 注聚站通孔規應用前后注聚泵機組平均運行效率統計對比Tab.2 Statistical comparison of average operation efficiency of polymer pump unit before and after the application of hole gauge in polymer injection station

2020年6 月，共有60套注聚泵清閥工具通孔規用于其他采油廠各注聚站。據各采油廠現場應用結果反饋表明，該注聚泵清閥工具通孔規使用反映普遍較好，它實用性強，能較好地解決注聚泵清閥過程中存在的問題，且能提高注聚泵設備生產時率，延長注聚泵清閥周期，提升注聚泵機組運行效率。

4 綜合評價分析

1）節能效益明顯。注聚泵清閥工具通孔規應用后，注聚泵機組平均運行效率提升13.3%，年總耗電量下降137.794 8×104kWh。按0.632 1元/kWh計算，則年創經濟效益約87.1萬元。

2）提高注聚泵清閥周期。使用前平均清閥周期為59 d，使用后平均清閥周期為133 d，折合年累計減少清閥572臺次。

3）減少維修成本。每臺次節約閥芯、閥座2套。按每套閥芯、閥座成本價0.02萬元計算，則年節省維修材料費11.44萬元。

4）減輕員工勞動強度。應用注聚泵清閥工具通孔規后，不僅延長了注聚泵清閥周期，而且注聚泵每次清閥時間由原來的2人60 min縮短到1人30 min，提高了工作效率。

5 結束語

注聚泵是油田三次采油工藝技術中的重要設備，注聚泵清閥是注聚站運行管理中一項重要工作。通過對注聚泵清閥過程中存在的問題進行分析，提出了研制注聚泵清閥工具通孔規的工作思路，介紹了注聚泵清閥工具通孔規的工作原理、清閥過程中的難點、研制通孔規的技術難題及其樣品研制，并對注聚泵清閥工具通孔規的現場應用及效果作出了綜合評價分析。實踐證明，它的研制成功與應用，能有效提高注聚泵清閥周期，提升注聚泵機組運行效率，減少維修成本，減輕員工勞動強度，節能降耗效果顯著。該專用工具具有良好的經濟效益和推廣應用前景。