張富新

（中國石油吐哈油田公司三塘湖采油管理區(qū)，新疆哈密 839009）

0 引言

在我國石油產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的推動下，油田開采力度不斷強(qiáng)化。然而，在實際油田開采時，會遇到各種技術(shù)問題，對油田進(jìn)行投入開發(fā)之后，在開采時間較長以及相關(guān)因素變化的影響下，油田后期開采會出現(xiàn)油田停噴、殘留死油等問題，影響油藏開發(fā)。而在油田注水技術(shù)的作用下，促使油田實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)以及高產(chǎn)，向油田中注水能夠彌補(bǔ)地下水的虧空，同時在注水泵的作用下，有效提升油田注水效率。

在傳統(tǒng)油田開采中，由于技術(shù)、設(shè)備等方面較為落后，油田開采效果較差，其最終采集率較低。在地下壓力變化的影響下，導(dǎo)致一些油氣流失以及地段坍塌，甚至?xí)霈F(xiàn)大范圍死油問題，最終導(dǎo)致投入成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于產(chǎn)出價值。注水泵在其設(shè)備特性作用下，使其能夠適用于各個壓力范圍中，并且在注水泵有效匹配作用下，是油田注水技術(shù)得到有效、廣泛的應(yīng)用。

1 目前現(xiàn)狀

目前，吐哈油田三塘湖采油管理區(qū)共有注水泵26 臺，主要分為三缸注水泵和五缸注水泵兩種。其中，牛圈湖聯(lián)合站有注水泵12 臺，牛東接轉(zhuǎn)站有注水泵7 臺，西峽溝注水站有注水泵2 臺，馬18 注水站有3 臺，站外注水泵2 臺，主要為牛圈湖區(qū)域和牛東區(qū)域進(jìn)行注水。在應(yīng)用過程中，注水泵經(jīng)常出現(xiàn)運行效率低的問題，導(dǎo)致配件損壞率升高、能耗增加。

牛東接轉(zhuǎn)站目前共有7 臺注水泵，于2019 年9 月份投運，其中2 臺注水泵為工頻運轉(zhuǎn)、5 臺注水泵為變頻運轉(zhuǎn)，主要為牛東區(qū)域注水井進(jìn)行注水。當(dāng)注水泵運行效率低時，只有通過降頻運行和多開泵來滿足注水需求，但導(dǎo)致耗電量升高居不下。從2021 年2—4 月份的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，注水泵的平均運行效率只有47.4%，平均耗電量為60.57×104kW·h。

表1 2021 年2—4 月份注水泵電機(jī)運行效率和電耗統(tǒng)計

2 存在問題

2.1 注水水質(zhì)差，影響注水泵運行效率

污水系統(tǒng)投運以來，為滿足生產(chǎn)運行，先后開展了牛東水處理藥劑配方調(diào)整實驗，選擇和確定最佳的絮凝沉降加藥方案。經(jīng)過1 年的實施，處理裝置仍存在不同程度的污染，工況較差，懸浮物超標(biāo)（超標(biāo)大于7.0 mg/L），嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常運行。同時，從各節(jié)點懸浮物含量的化驗數(shù)據(jù)來看，除了3 項含量未超標(biāo)，其余各節(jié)點懸浮物含量均嚴(yán)重超標(biāo)，環(huán)保風(fēng)險較高。

另外，由于注水泵使用的水水質(zhì)差、含懸浮顆粒較多，導(dǎo)致注水泵液力端閥體、閥片等配件被高壓水刺傷，出現(xiàn)刺傷通道、高壓水在泵腔內(nèi)打回流等，導(dǎo)致注水泵的無用功率升高、使用效率降低（圖2）。

圖2 注水泵閥體刺漏情況

2.2 注水泵低頻運轉(zhuǎn)

夏季注水泵運行時電機(jī)運行溫度超過90 ℃、聯(lián)鎖停機(jī)，導(dǎo)致注水泵低頻運轉(zhuǎn)，巡檢工通過頻繁切泵來保證注水的正常運行。主要原因有：①注水泵房通風(fēng)不暢，夏季泵房環(huán)境溫度高達(dá)43 ℃以上，泵房內(nèi)熱氣無法流通出去；②注水泵變頻電機(jī)的散熱風(fēng)機(jī)通風(fēng)量小（7800 m3/h），電機(jī)軸承端溫度無法得到有效降溫；③電機(jī)軸承端蓋與軸承配合間隙大，軸承“跑外圓”，導(dǎo)致電機(jī)軸承端溫度持續(xù)升高（表2）。

表2 6 月份注水泵電機(jī)運行溫度統(tǒng)計 ℃

3 優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化方案1：優(yōu)化工藝流程，提高注水泵進(jìn)口水質(zhì)

在污水反應(yīng)撬與過濾間之間增加緩沖設(shè)施，增加污水緩沖沉降時間。具體措施為：在壓力式污水反應(yīng)撬與過濾間之間安裝了6 具40 m3緩沖罐，罐內(nèi)設(shè)置二級沉淀斜板，同時進(jìn)出罐工藝管線設(shè)置U 形彎，增加絮凝緩沖反應(yīng)時間和效果，處理液二次沉降后再進(jìn)入一、二級過濾裝置，實現(xiàn)水質(zhì)提高。

加裝緩沖罐后，對流程各個節(jié)點進(jìn)行取樣，水質(zhì)得到明顯改善（圖3）。

圖3 污水處理改造后水質(zhì)情況

3.2 優(yōu)化方案2：增加通風(fēng)設(shè)施，降低泵房環(huán)境溫度

具體措施為：①對注水泵房南北面兩側(cè)進(jìn)行開窗，增加泵房內(nèi)空氣的對流；②在注水泵房的東西側(cè)各加裝了3 套軸流風(fēng)機(jī)，有效加強(qiáng)注水泵房內(nèi)部對流，降低泵房室內(nèi)溫度。

通過測量，注水泵房環(huán)境溫度降低了2～3 ℃。

3.3 優(yōu)化方案3：更換過盈配合的軸承端蓋

電機(jī)軸承與軸承端蓋必須達(dá)到過盈配合，過盈配合間隙達(dá)到0.005～0.008 mm 才能滿足使用要求，防止電機(jī)軸承出現(xiàn)“跑外圓”的情況出現(xiàn)。

與廠家溝通，訂制滿足軸承過盈配合的軸承端蓋并進(jìn)行更換。通過測量，電機(jī)軸承端溫度降低了4～6 ℃。

3.4 優(yōu)化方案4：增設(shè)散熱設(shè)備，降低散熱溫度

具體措施為：①將注水泵電機(jī)的散熱風(fēng)扇更換為排量為12 000 m3/h 散熱風(fēng)扇，增加電機(jī)的冷卻通風(fēng)量；②在注水泵電機(jī)散熱風(fēng)扇端增加一套水冷風(fēng)機(jī)，有效降低散熱循環(huán)風(fēng)的溫度，從而降低注水泵電機(jī)軸承端的溫度。

通過測試，注水泵運行頻率提升至50 Hz，電機(jī)的運行溫度低于80 ℃。

4 優(yōu)化效果分析

4.1 效果檢查分析

（1）注水泵運行一個月后，對注水泵液力端配件檢查，閥體、閥片等部件本體完好，無高壓水刺傷通道。對2021 年和2022 年同期注水泵更換的閥體數(shù)量統(tǒng)計，更換數(shù)量明顯降低（表3）。

表3 同期閥體更換數(shù)量對比 個

（2）注水泵運行頻率由原來的最高42 Hz 提升至50 Hz，電機(jī)溫度90 ℃以上升至80 ℃以下連續(xù)運行，延長了單臺注水泵的運行時間，降低泵的停機(jī)率和注水泵的耗電量（表4）。

表4 同期注水泵開泵情況對比

4.2 效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益。由表5 可知，改進(jìn)后每年可節(jié)約維修費約27.61 萬元、電費約188.11 萬元，年節(jié)約費用約215.72 萬元。

表5 改進(jìn)后節(jié)約費用統(tǒng)計

（2）社會效益。降低了注水泵的故障停機(jī)率，減少注水泵維修人員的勞動強(qiáng)度和現(xiàn)場操作人員切泵的工作量。

5 總結(jié)

通過對牛東接轉(zhuǎn)站注水泵流程、介質(zhì)、泵體本身進(jìn)行分析和方案優(yōu)化，注水泵的運行效率由原來的47.4%提升至85%以上，每年可節(jié)省維修費和電費約215.72 萬元，有效提升了注水泵的能效。