注水站注水泵房的設計

張輝英

（大港油田采油工藝研究院，中國 天津 300280）

注水是將水注入某一油層或少數氣層，以此提高油氣采收率的工藝過程。它是通過維持較高的油層壓力水平。或通過井眼吸水層位使水通過油層，靠物理驅替作用，把油驅替到生產井井眼中完成的。注水是一工藝系統，包括注水水源、注水站、注水井口以及注水管道等。其中注水站是油田注水系統負荷中心，主要分離心泵注水站和柱塞泵注水站。

1 注水泵的選擇

1.1 離心泵

離心泵靠葉輪旋轉速度把機械能傳給液體，使液體能增加。通常泵有幾級，就能增加幾次。它具有體積小、結構簡單、易于制造、流量穩定和運轉方便等特點。目前國內的離心泵通常使用在注水量較大、注水壓力較小、且壓力較為穩定的工況下。一般壓力小于20MPa。

1.2 柱塞泵

在油田注水中經常使用的往復式柱塞泵，是容積泵的一種，是柱塞泵注水站的核心。它是依靠泵體容積的變化，由往復運動的活塞，擠壓液體，使液體能增加。它通過不斷吸入和擠出液體，實現對介質的輸送。如果柱塞尺寸一定，在大值域的出口壓力下，流量不發生明顯的變化。其泵效較離心泵較高。目前國內的柱塞泵通常使用在注水壓力較大、注水量較小的工況下。通常柱塞泵單臺流量小于100m3/h。

1.3 離心泵與柱塞泵的優缺點對比

柱塞泵與離心泵相對比的優點是：排出壓力較高，尤其是泵效高；但它存在著震動大、故障頻率高的缺點。

而離心泵運行較為平穩。對于位于野外的個別井口，可選用離心式增壓泵，單獨增壓。此時，將離心泵露天放置，可不設罩棚或撬裝房，較為簡便。

下面以一注水壓力20MPa、流量為2000m3/d 的區塊為例，對離心泵與柱塞泵的優缺點做一對比，見表1：

表1 2000m3/d 離心泵、柱塞泵的費用對比

通過以上費用對比，依據費用限值小為優的原則，在注水流量較小的情況下，選用柱塞泵更具有優勢。而且泵臺數較少，便于維修管理。所以，在小流量下，選用柱塞泵更為合理。

2 柱塞泵的安裝設計

柱塞泵房的安裝包括注水機組安裝、泵房管道敷設、閥組等各部分的安裝，并實現各部分間協調、緊湊、流程流暢。整體上應工藝合理，并與場區相關專業的管網協調布置。

2.1 泵房震動的原因分析及解決辦法

柱塞泵借助柱塞在缸套中做往復運動排出水量，如果想提高出水量，必將加大柱塞的直徑，以及提高缸套的數量，方能實現。勢必將導致脈沖運動量增大，由此引發泵體的震動較大。通常情況下，柱塞泵震動大于離心泵。為減少震動，在管到安裝上，可以采取適當的措施。

首先，地面管線部分，在注水泵單泵進、出口的管路上，注水泵單泵出口管路的彎頭，避免選用直角彎頭或R=1.0 D 的短半徑彎頭。建議選用R=2.5D 的大半徑彎頭，盡可能減少水流對彎頭的沖擊，減少震動。

其次，注水主干線盡可能減少管線在地面上的部分，采用埋地敷設的方式。

當采用地下敷設時，可使地面管道減少，空間加大，管道布置整齊，泵房操作空間適度，巡回檢查生產管理方便。地下布置注水管線，還有一個更為主要的優勢在于，通過土壓，減少震動的可能性。而且，即便管道設計為埋地，對埋地管線也需要設關卡，竭盡可能地減少震動的因素。

此外，在柱塞泵的單泵進口管線上，加設金屬軟管，也能對緩沖水流對泵的沖擊，減少蹦的震動。

2.2 注水泵出口管路安全閥的安裝

注水泵出水主干管上，應安裝安全閥。安全閥用于設備、管路和容器作超壓保護，安全閥的整定壓力值應低于設備容器和管路壓力與允許工作壓力。柱塞泵屬容積泵，如果在柱塞泵體上不帶安全閥，在靠近泵的出口管段上必須安裝安全閥。因為容積泵與離心泵不同，在操作不當（如出口管路為打開就啟泵）的情況下，可能使出口管路出現超壓，造成系統的損壞，因此，需要在靠近泵的出口管段上安裝安全閥。如果安全閥的泄放端是直接引導了泵房外，既不安全，也不環保，因此，安全閥的泄放端宜與泵的入口端管道連接。

2.3 注水泵房檢修空間的優化

油田注水用柱塞泵體型龐大，需要的檢修空間相對較大，運行時聲音較高。如果將泵房改為便于檢修的罩棚，當離生活區、辦公區較近時，可能產生噪音危害。此時不僅不應采用罩棚，還需要在注水泵房內設吸音設施。泵房安裝設計時，為了滿足檢修的需要，通常整個房間設一個車行大門，在對應側設人行小門。將注水泵靠墻設置，只在留出一邊檢修通道。見圖1：

圖1 保留室內操作安裝圖

這種布置，在泵電機端留出的檢修通道較大，操作場地較大，房間所需跨度較大。如果采用增開車行大門的方法，將泵檢修空間移至泵房外，室內無需檢修空間。優化之后，僅增加大門的數量，卻大大地減小房間跨度，減少泵房占地面積。詳見圖2。

圖2 泵房外檢修安裝圖

3 結語

根據工程的具體情況，分析對比，并結合工程的整體綜合效益，選擇離心泵或柱塞泵。在確定泵的種類后，也可選擇同種泵的不同規格。對柱塞泵的單泵進口管路加設金屬軟管、出口采用大半徑彎頭以及將注水主干線埋地，都能減少注水泵的震動。