屏蔽電泵在液態二氧化碳注入工藝中的應用

劉碩

摘 要：屏蔽電泵是二氧化碳驅油中注入環節的重要部分，由于液態二氧化碳的不穩定性，極易汽化并形成固態干冰，嚴重影響生產正常運行。區別于其他液態介質（油、水等），二氧化碳驅采油在國內應用案例較少。本文從工況介質、工藝流程、二方面入手并結合現場經驗，摸索出屏蔽電泵穩定高效運行的應用實踐。

關鍵詞：屏蔽電泵；液態二氧化碳；工藝分析

1 影響屏蔽電泵運行穩定性分析

1.1 工況介質自身特性影響分析

①根據二氧化碳相態表，液態二氧化碳壓力2.0MPa，溫度-20℃。常壓下不存在液態二氧化碳，當屏蔽泵進口打開，液態二氧化碳從管道進入泵體后，泵體及后段管道壓力和溫度情況處于常壓和室溫，以及管徑不同的變化，這種情況下，處于失壓狀態的液態二氧化碳會吸收自身熱量，一部分轉變為氣態二氧化碳，一部分由于失去熱量形成固態二氧化碳，即干冰。分析得出，在起泵前，開啟屏蔽泵進口閥門后，泵體內就已存在固態粉末狀干冰和氣態二氧化碳，氣體和固體的存在會直接導致葉輪無法正常工作，此時啟動設備，屏蔽泵是無法正常起壓的；②二氧化碳儲罐所存液態介質參數變化的影響分析：本站二氧化碳儲罐包括2座100m3的臥罐及2座650m3的球罐，共計4臺儲罐：a.儲罐設計有保溫層，但仍會緩慢吸收周圍環境熱量，造成罐內二氧化碳吸收熱量汽化，造成罐內壓力不斷升高，溫度上升；設定為超過2.1MPa電動閥會開啟泄壓；b.隨著正常注入的進行，罐存液位下降，罐內壓力也會隨之下降；溫度也會隨之變化；c.維持罐內正常生產運行的壓力及溫度主要依靠液態二氧化碳拉液罐車維持，當罐車向儲罐內卸液時，液位上升，壓力上升，溫度下降；綜上所述，儲罐內介質的壓力和溫度會隨著季節、液位變化、卸車而發生變化，根據經驗總結，罐內壓力變化范圍在1.7MPa～2.1MPa之間，溫度變化范圍在-19℃～-23℃之間；結合第一條影響原因分析，儲罐內液態二氧化碳壓力越低，溫度越高，在啟泵時，越容易汽化生成氣體和干冰。

綜上所述：由于介質液態二氧化碳自身的不穩定特性，失壓形成固態干冰和氣態，是造成喂液泵不起壓的直接原因。

1.2 工藝流程節點影響分析

①屏蔽電泵由于其沒有電機風扇，因此屏蔽泵運行時依靠介質液態二氧化碳進行降溫，因此屏蔽泵單獨有條用于冷卻降溫的工藝管線，屏蔽泵冷卻回流工藝管線原設計為由屏蔽泵尾部出，向下垂直走向，極易造成干冰積聚，通道截面變小導致堵塞，進而屏蔽泵由于冷卻管線運行不暢，泵體溫度升高，液態二氧化碳吸熱汽化形成氣蝕現象，造成不起壓；②工藝管路上閥門開度影響分析：工業化屏蔽泵額定排量40m3/h，根據現有配注，工業化配注每小時注入約10m3，多余排量的液態二氧化碳從注入泵低壓回流返回儲罐。經現場多次試驗，低壓回流閥門開度大小會影響到屏蔽泵載荷，運行電流會隨著開度的增大而增大，該閥門不可關閉，如關閉會直接導致屏蔽泵不起壓。屏蔽泵屬于離心泵的一種，單葉輪式泵，在常規的油水離心泵使用經驗中，此類型泵可以通過出口閥門開度的大小控制流量，在實際應用到液態二氧化碳為介質的屏蔽泵上時，當出口閥門開度在5圈以下時，同樣會直接導致屏蔽泵不起壓；③工藝管路部分節點影響分析：a.屏蔽泵進口設有Y型過濾器，其中的過濾網呈45°角斜插工藝管路中，由于過濾網的存在，相當于通道截面積變小，液體二氧化碳在通過時，流速變大、壓力變小、局部形成干冰和氣體，進而形成連鎖反應，結合原因分析第一條，造成不起壓；b.屏蔽泵出口設有止回閥，設計為旋啟式止回閥，止回閥閥瓣的存在同樣起到了通道截面積發生變化，同時介質需克服閥門重力做功，部分機械能轉變為內能，介質局部溫度升高，發生汽化，進而形成連鎖反應，結合原因分析第一條，造成不起壓；綜合分析，工藝管路上存在截面積發生變化，截面積變小、流速變大、根據流體力學伯努利原理，（p+1/2ρv2+ρgh=C），動能+重力勢能+壓力勢能=常數，壓力降低，會造成液態二氧化碳失壓，局部形成固體粉末狀干冰和二氧化碳氣體，當積累到一定體量時，引起連鎖反應，造成喂液泵不起壓。

2 運行控制措施

根據影響因素進行探討和研究，針對主要原因制定對策如下：

①喂液泵啟停時間間隔影響，停泵時間在24h以內，不放空，不關閉進出口閥門利用介質維持泵體溫度，縮短啟泵放空用時；②注入泵低壓回流閥門、屏蔽泵出口開度大小影響，閥門開度保持全開，保證屏蔽泵不憋壓；③人員頻繁啟停泵，制定針對性操作規程，至少放空15min以上再啟泵，避免惡性循環，延長起壓時間；④工藝流程節點中，拆除Y型過濾器網，止回閥閥瓣，增加管道截面積，減少對介質影響

3 結論與建議

目前工業化屏蔽泵起壓平均成功率在90%左右，平均用時20min，效果顯著，大大縮短了啟泵所用時間，提高了運行穩定性。

結合液態二氧化碳注入生產的獨有特點，摸索前進，為二氧化碳注入工作提供齊全準的現場資料，對其做到精確把控，全面分析，提高注入系統的注入效率。

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