張森

（大慶油田水務(wù)技術(shù)開發(fā)公司，黑龍江 大慶 163000）

低滲透油層剩余油高度分散、剩余儲(chǔ)量大，是重要的潛力油層，但其油藏的特殊性也受到了開發(fā)成本高、開發(fā)難度大的制約，近幾年，各大油田都在尋找一種有效的挖潛工藝措施，本文是想論證通過研制一種注入裝置，可以實(shí)現(xiàn)大排量、高壓力的驅(qū)油劑注入，利用近似壓裂的方式將驅(qū)油劑注入油層裂縫中，補(bǔ)充地層能量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)驅(qū)洗剩余油。前期注入裝置采用的為壓裂泵或其他機(jī)械三缸泵作為核心部件，這種泵型大多為臥式三柱塞往復(fù)泵形式，工作時(shí)柱塞沖次高、沖程短，吸入和排出閥體起落頻率較高，導(dǎo)致在高壓工作狀態(tài)下對液力端的沖擊大，影響了液力端閥箱、閥體、閥座的使用壽命；此外，這種泵型的輸出壓力、流量覆蓋范圍較窄，若要提高覆蓋范圍，需要更換不同缸徑的柱塞。

1 移動(dòng)式液壓型電驅(qū)注入裝置技術(shù)方案

為了適應(yīng)工藝的要求，結(jié)合前期應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，我們開始研制一種新型的移動(dòng)式液壓型電驅(qū)注入裝置，核心組件采用單缸雙作用往復(fù)泵，與以往機(jī)械三缸泵型相比，該泵型采用液壓傳動(dòng)原理，實(shí)現(xiàn)了能量的高效傳遞，且因采用長沖程、低沖次液力端結(jié)構(gòu)，提高了泵的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)，將四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元、一套液壓油箱、一個(gè)主機(jī)體和一套液壓振蕩器高度集成到一個(gè)撬體內(nèi)。經(jīng)過實(shí)際使用驗(yàn)證，移動(dòng)式液壓型電驅(qū)注入裝置具有其他機(jī)械泵不可比擬的優(yōu)勢，施工效果顯著。施工簡易工藝流程圖如圖1。

圖1 施工簡易工藝流程圖

1.1 設(shè)計(jì)原理

液壓型電驅(qū)注入泵采用液壓傳動(dòng)原理，將電動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械能通過恒功率變量油泵轉(zhuǎn)換成液壓油的壓力能，再由液壓震蕩器將液壓油的壓力能通過活塞直接轉(zhuǎn)換成工作液的壓力能，由此改變了傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)鏈，減少了機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了能量的高效、安全傳動(dòng)。

1.2 結(jié)構(gòu)原理

該裝置主要由液壓動(dòng)力單元、工作單元組成，分別固定在對應(yīng)的底座上。

（1）液壓動(dòng)力單元包括液壓油箱、支撐部和四個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)組件，液壓箱位于支撐部的上側(cè)，驅(qū)動(dòng)組件位于液壓油箱的下側(cè)，支撐部和驅(qū)動(dòng)組件分別與底座固定連接，驅(qū)動(dòng)組件包括電動(dòng)機(jī)和恒功率變量油泵，油泵與電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)連接，而油泵的進(jìn)油口與液壓油箱連接，油泵的出油口通過出油管路與工作單元連接；驅(qū)動(dòng)組件為多個(gè)，排布于底座上且均位于液壓油箱下側(cè)；液壓油箱上設(shè)有散熱器和回油管路。詳見圖2。

（2）工作單元固定在底座上，工作單元與液壓動(dòng)力單元通過管路連接；工作單元包括液壓缸、液力端、電磁換向組件、機(jī)體、進(jìn)漿管線及出漿管線等，詳見圖3。

圖2 液壓動(dòng)力單元結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 工作單元結(jié)構(gòu)示意圖

（3）結(jié)構(gòu)的合理性

①將液壓油箱設(shè)置在支撐部的上側(cè)，驅(qū)動(dòng)組件置于液壓油箱的下側(cè)，一方面，增大液壓油箱的容積即提供了散熱空間；另一方面，也為增多驅(qū)動(dòng)組件的數(shù)量提供了空間，從而能夠提高設(shè)備的排量，且整個(gè)設(shè)備的體積并未顯著增大；

②工作單元可以根據(jù)需求配備多個(gè)，且工作單元與液壓動(dòng)力單元可分體設(shè)置，既便于運(yùn)輸，又便于根據(jù)需要進(jìn)行靈活搭配。例如，可采用一個(gè)液壓動(dòng)力單元匹配多個(gè)工作單元、多個(gè)液壓動(dòng)力單元匹配一個(gè)工作單元或多個(gè)液壓動(dòng)力單元匹配多個(gè)工作單元等方式。

2 移動(dòng)式液壓型電驅(qū)注入裝置性能創(chuàng)新性

2.1 高效性

（1）輸出壓力和排量覆蓋范圍廣。排量0 ～40m3/h 可調(diào)，輸出壓力隨著排量的增大而減小，排量和壓力變化時(shí)，液力端只需一種規(guī)格缸套即可。這樣既完善了以往機(jī)械泵大排量調(diào)節(jié)時(shí)需要更換不同規(guī)格柱塞的缺點(diǎn)，又降低了現(xiàn)場作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度并減少了作業(yè)時(shí)間。整泵承壓能力取決于液力端閥箱和缸套的性能，也決定著整泵的安全性，所以，閥箱和缸套校核如下（雙金屬鋼套結(jié)構(gòu)示意圖如圖4）。

180 雙金屬缸套校核驗(yàn)證：

圖4 雙金屬缸套結(jié)構(gòu)示意圖

查機(jī)械工業(yè)出版社出版《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第5 版第一卷，按標(biāo)準(zhǔn)GB/T11352，45#調(diào)質(zhì)處理σs=355MPa，按第三強(qiáng)度理論計(jì)算：

a：當(dāng)D1=φ180 時(shí)，缸套外套壁

因此，缸套外套屬厚壁缸套。

根據(jù)API 7K 4.6 取安全系數(shù)FDS=1.5，最高使用壓力40MPa。按第三強(qiáng)度理論公式計(jì)算：

所以，在這種情況下，恰好滿足使用要求。

（2）能夠有效注入各種復(fù)雜介質(zhì)，如污泥水、攜砂液、大顆粒介質(zhì)等，可以適應(yīng)不同井場注入需求。

2.2 節(jié)能性

（1）相同排量和壓力參數(shù)下使用的電機(jī)功率低，實(shí)現(xiàn)能量高效傳遞，節(jié)省能源消耗。詳見參數(shù)對照表表1。

表1 壓力和排量對照表

（2）驅(qū)動(dòng)多元化；配備四個(gè)有效驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)模塊可以單獨(dú)啟動(dòng)，也可以任意組合啟動(dòng)。多元化操作，方便現(xiàn)場排量調(diào)節(jié)，大排量使用大功率，小排量時(shí)使用小功率，可以適應(yīng)不同井場工況，應(yīng)對各種作業(yè)工藝，節(jié)省能源。

2.3 安全性

該泵在動(dòng)力源的液壓部分配置了安全閥，與出口管匯安全閥構(gòu)成雙層保護(hù)，對動(dòng)力源與出口高壓區(qū)域進(jìn)行了保護(hù)，提高了設(shè)備及現(xiàn)場操作的安全性。

3 設(shè)備現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)效果驗(yàn)證

通過三口井作業(yè)施工，實(shí)際檢驗(yàn)了設(shè)備性能，并得出了有效數(shù)據(jù)。通過與以往機(jī)械三缸泵作業(yè)后的效果對比，其優(yōu)勢為：

3.1 降低作業(yè)強(qiáng)度，工作量較以往減少了一半

現(xiàn)場注入壓力增大到20MPa 上以后，以往的機(jī)械泵需要進(jìn)行更換較小柱塞規(guī)格，以適應(yīng)壓力變化，待壓力降下來后，又需更換較大規(guī)格柱塞，這樣來回作業(yè)，以滿足工藝 大排量注入 要求；而使用液壓型電驅(qū)注入裝置，則不需更換缸套來調(diào)節(jié)排量和壓力，從而減少了工作量，也提高了安全性，可以適用于各種比較復(fù)雜的工況。

3.2 作業(yè)施工安全性高

（1）移動(dòng)式液壓型電驅(qū)注入裝置吸入性大大優(yōu)于其他泵型，吸入、排出長沖程、勻速運(yùn)動(dòng)，沖次低，不會(huì)產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，提高了設(shè)備使用壽命。

（2）零部件及易損件壽命長。

移動(dòng)式液壓型電驅(qū)注入裝置為單缸雙作用泵，所以，只在行程兩端有短暫的加減速區(qū)段，在同樣工作參數(shù)下，加速度峰值遠(yuǎn)小于其他泵型，沒有大幅度變加速度，因而不會(huì)出現(xiàn)大幅度變載荷狀態(tài)，綜合效果體現(xiàn)為在主要受力件出現(xiàn)疲勞的概率低、整體的振動(dòng)減少、零件的磨損減少及壽命延長等。

（3）介質(zhì)流量波動(dòng)小，甚至可以做到無波動(dòng)。實(shí)踐檢驗(yàn)移動(dòng)式液壓型電驅(qū)注入裝置只有在換向瞬間有小振幅壓力波動(dòng)，平均換向時(shí)間只有80ms，為行程時(shí)間的8%，其余92%的時(shí)間流量是不波動(dòng)的，所以，宏觀流量平穩(wěn)。

4 研制結(jié)論

實(shí)踐證明，移動(dòng)式液壓型電驅(qū)注入裝置使用效果較其他設(shè)備具有明顯優(yōu)勢；同時(shí)，證明該設(shè)備的研發(fā)方向也符合省人、省力、省心、省時(shí)、省錢的五省目標(biāo)。而設(shè)備的研制目標(biāo)改善一線生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境也達(dá)到了滿意的效果。