某油田解決注水泵泵體高溫的技術應用

史毓泉，吳慧鋒，代齊加

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300459)

1 研究背景

在油田的開采過程中，注水泵是重要的設備之一，也是能源消耗的主要設備之一[1]。

某油田生產設施分為A、B兩座平臺，其中A 為中心生產平臺，配備有完備的生產水處理流程，B為附屬井口平臺。在A 平臺中生產分離器分離出的水和水源井水經過斜板除油器、容氣式浮選器、核桃殼過濾器、雙介質過濾器處理后進入注水緩沖罐，通過注水泵注入地層(圖1)。

該油田注水泵為多級離心泵，額定排量190 m3/h，油田試運行初期注水井投用數量少，配注量僅為25 m3/h，二者之間存在較大差值，注水井配注量小與注水泵排量大矛盾嚴重。為維持注水泵正常運轉需打開泵出口管線回流閥，在注水泵出口閥門小開度工況下，通過泵做功，流體會有升溫，升溫后的水回流至注水泵入口造成泵體溫度升高，導致泵無法運轉(表1)。

圖1某油田A平臺生產水及注水系統流程圖Fig.1 Flow chart of production water and water injecttion system of platform a in an oilfield

表1試注期間溫度數據Tab.1 Temperature data during test injection

為保證油田注水系統高效運行，同時降低能耗，使水系統正常運轉、注水井穩定注水，注水泵能保持正常功效使用成為急需解決的問題。

2 原因分析

圖2注水泵性能曲線Fig.2 Performance curve of water injection pump

注水井配注量小與注水泵排量大這一矛盾嚴重是在新油田試運行初期出現的問題，強化注水管理、提高注水設備的運行效率對降低油田生產成本有重要意義[2]。按照注水泵的相關參數及性能曲線(圖2)，維持注水泵運轉的最小排量為額定排量的35%(66.5 m3/h)。該油田生產水和注水流程未設置冷卻器，原有設計流程無法解決注水泵入口流體降溫的問題。因此從工藝流程角度分析，控制注水緩沖罐溫度，盡量減少注水泵出口回流至注水緩沖罐水量，同時給回流水降溫是解決注水時泵體高溫問題，保證水系統正常運轉、注水井穩定注水的關鍵所在。

3 解決措施

3.1 利用原油流程及外輸海管的置換流程作為水源井的換熱器

該油田水源井的水按照原設計應該直接進入斜板處理，為了使其降溫需要走其他路徑。生產分離器的操作溫度為80 ℃，在不影響分離器本身及下游平臺處理效果的前提下，將操作溫度調低至75 ℃。將水源井的水倒為外輸海管置換流程，暨加熱器入口，進入生產分離器處理，分離出來的水進入斜板，起到給水源井降溫的作用，同時也起到了給原油加熱的作用，降低了鍋爐負荷(圖3)。

圖3 注水泵入口流體降溫流程圖Fig.3 Flow chart of fluid cooling at inlet of water injecttion pump

3.2 利用B平臺至A平臺混輸海管置換流程作為注水泵的大回流和冷卻器

在注水泵出口閥門小開度工況下，通過泵做功，流體會有溫升，為避免升溫后的水回流至注水泵入口造成溫度升高，我們利用B平臺至A 平臺混輸海管置換流程，將部分注水海管的水通過混輸海管回流至A 平臺原油流程(圖4)。此做法既替代了原有注水泵回流流程，又起到了回流水降溫的作用[3]。

圖4 注水泵出口流體降溫流程圖Fig.4 Flow chart of fluid cooling at outlet of water injecttion pump

3.3 連接至生產/計量管匯作為臨時替代方案

針對泵排量大和配注量小的矛盾，在以上改造尚未完工前，改造回注水的洗井管匯的流程作為臨時的使用方式，連接至生產/計量管匯。該方案一方面可以替代原有注水泵回流流程，另一方面實現原油流程對回流水的降溫。

注水泵出口回流至生產管匯流程為：注水泵—洗井管匯角閥—井口區洗井管匯—生產管匯預留口(圖5)。

圖5 臨時替代方案示意圖Fig.5 Schematic diagram of temporary alternatives

通過采取以上3種探究降溫的措施后，注水泵成功穩定運轉，生產水及注水系統各設備實際溫度值均在正常操作值范圍內(表2)。

4 結論

通過現場生產實際和數據認真分析。依托平臺現有流程，開展流程優化改造工作，有效解決了大排量多級離心泵在小排量注水時泵體高溫問題。該改造工作一方面沒有任何經濟投入，最終實現了注水井的注水，使受益的油井達到了注采平衡，維持了產量穩定。另一方面通過水源井水和注水泵回流的水進入原油流程，起到了與原油換熱的作用，將鍋爐能耗日用氣減少2000 m3/d。

本項目也為后續新油田流程設計提供了新的參考，利用原油流程作為水源井的換熱器代替板式換熱器，設計簡易、成本低、安全可靠，同時此流程可用于海管暖管、置換等多項應急處理。