注水泵報(bào)警裝置研制及應(yīng)用

王宇 姜殿軍 徐凱

摘要? 對(duì)柱塞式注水泵現(xiàn)有自動(dòng)化運(yùn)行使用的報(bào)警連鎖裝置進(jìn)行分析，指出其潛在的風(fēng)險(xiǎn)。為此，制定解決方案：選用了一種水導(dǎo)電報(bào)警裝置和紅外感應(yīng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)柱塞式注水泵自動(dòng)化運(yùn)行和監(jiān)控，降低了原有注水泵系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞? 柱塞式注水泵 刺漏 皮帶斷裂 機(jī)油乳化

目前，國(guó)外大石油公司普遍實(shí)現(xiàn)了油田生產(chǎn)自動(dòng)化管理，單井包括地面、地下的主要參數(shù)均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化采集和自動(dòng)開(kāi)關(guān)井;泵站系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制，百萬(wàn)噸油田的操作人員基本在50人左右。可以說(shuō)，油田生產(chǎn)自動(dòng)化在國(guó)外已經(jīng)應(yīng)用十分成熟和普遍。近年來(lái)，我國(guó)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)展明顯加快，資金投入大幅度提高，油田生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)模和檔次有了一個(gè)質(zhì)的飛越。

油田注水是油田中期保持高效穩(wěn)產(chǎn)的有力措施。其方法就是通過(guò)注水，進(jìn)而恢復(fù)甚至增大地層壓力，使地層流體壓力大于井筒內(nèi)靜液壓力，從而達(dá)到開(kāi)采出油氣的目的，由于油田每個(gè)區(qū)塊注水量隨開(kāi)采的變化需要經(jīng)常調(diào)整，油田注水普遍采用柱塞式注水泵，通過(guò)回流與變頻控制。注水開(kāi)采是冀東油田現(xiàn)階段主要開(kāi)采方式之一，柱塞式注水泵是冀東油田注水開(kāi)采最常用的泵種。

1、背景介紹

油田集輸站要將各個(gè)采油隊(duì)輸來(lái)的原油集中進(jìn)行管線運(yùn)輸、油罐存儲(chǔ)，完成對(duì)來(lái)油、輸油及有關(guān)儲(chǔ)油量的計(jì)算和盤(pán)存管理。在此過(guò)程中，對(duì)含水的原油要進(jìn)行脫水工藝處理，這樣就形成了原油集輸?shù)娜舾蓚€(gè)工藝處理過(guò)程。在開(kāi)采原油時(shí)，要想地下注入一定比例的水，以防止底層下陷。

柱塞式注水泵作為油田注水采油的升壓設(shè)備，在工作中始終處于不間斷的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。凡爾總成作為柱塞式注水泵的重要組成部件，通過(guò)凡爾總成閥片的開(kāi)啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)注水泵低壓進(jìn)水，高壓排水的工作。目前冀東油田大部分場(chǎng)站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化普及和運(yùn)行，大大減少了人員夜間巡查的強(qiáng)度，常見(jiàn)的柱塞式注水泵采用的報(bào)警裝置有高低壓報(bào)警及連鎖裝置，部分場(chǎng)站柱塞式注水泵加裝了電機(jī)溫度檢測(cè)連鎖裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)泵和人員的保護(hù)，但現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中仍存在很多潛在風(fēng)險(xiǎn)，很多故障發(fā)生時(shí)，人員有時(shí)無(wú)法從遠(yuǎn)傳信號(hào)來(lái)判斷具體故障，貿(mào)然傳入會(huì)造成人員傷害。

2、存在問(wèn)題

注水泵凡爾總成盤(pán)根位置發(fā)生泄漏量過(guò)大造成排水槽水位過(guò)高或注水泵動(dòng)力端油封位置漏油造成的乳化物堵塞排水槽等這些問(wèn)題造成水進(jìn)入機(jī)油箱造成機(jī)油乳化問(wèn)題會(huì)增加維修成本，直接減少該區(qū)塊的注水時(shí)效，間接影響了該區(qū)塊油井注水開(kāi)采的產(chǎn)能;注水泵動(dòng)力總成壓蓋經(jīng)常拆裝更換盤(pán)根造成的絲扣磨損嚴(yán)重進(jìn)而造成刺漏問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)高壓液體噴射會(huì)造成設(shè)備的損壞和威脅人員的生命安全;注水泵長(zhǎng)期運(yùn)行水垢及管壁縮徑嚴(yán)重造成的單流閥無(wú)法實(shí)現(xiàn)其功能性，一旦注水泵皮帶出現(xiàn)斷裂注水泵無(wú)法給井口供水造成的井口壓力回頂進(jìn)口，此時(shí)由于出口壓力就是井口壓力，注水泵無(wú)保護(hù)連鎖，進(jìn)一步造成進(jìn)口管線刺漏及注水泵機(jī)組、喂水泵機(jī)組的損壞和人身傷害問(wèn)題。

3、解決方案

針對(duì)注水泵自動(dòng)化管理運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，筆者提出了相應(yīng)的解決方案。

方案一，在原有基礎(chǔ)加大管理制度加密人員巡檢。但此方法受人員自身技能和素質(zhì)影響較大，收效不大且仍有時(shí)間空隙無(wú)法全天覆蓋。

方案二，將原有攝像頭更改為360°高清攝像頭。但此方法對(duì)監(jiān)控人員又加大了工作強(qiáng)度，且攝像頭有盲區(qū)，無(wú)法反應(yīng)較為細(xì)微的細(xì)節(jié)，如排水槽堵塞、盤(pán)根、機(jī)油漏失情況等。

方案三，在原有的自動(dòng)化系統(tǒng)基礎(chǔ)上增設(shè)水導(dǎo)電報(bào)警裝置和外紅感應(yīng)裝置，并通過(guò)布線和調(diào)試將信號(hào)接入現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)情況-報(bào)警-緊急連鎖動(dòng)作的環(huán)節(jié)。

水導(dǎo)電報(bào)警裝置為兩根導(dǎo)芯線相互纏繞在一起，螺旋結(jié)構(gòu)使得檢測(cè)線牢牢嵌入線軸之中，且檢測(cè)線的護(hù)套由快干材料制成，只需將濕水電纜擦干即可快速恢復(fù)到正常狀態(tài)，檢測(cè)線離檢測(cè)水平面有0.8mm的間隙，借助液體的虹膜虹吸原理，微量的水粉就可以被吸附接觸到檢測(cè)芯。由于非純水也是一種導(dǎo)電性物質(zhì)，經(jīng)過(guò)水的微弱電流（2ma左右）使電路產(chǎn)生電壓變化，從而發(fā)出報(bào)警。該裝置可根據(jù)測(cè)量需求調(diào)節(jié)靈敏度，最小可檢測(cè)水滴。

紅外感應(yīng)裝置根據(jù)實(shí)際情況我們又選擇兩種裝置，即安裝在皮帶中間位置的放散式紅外裝置和上下互感的對(duì)射紅外線裝置，皮帶斷裂后由于信號(hào)無(wú)反射或有投射可根據(jù)情況設(shè)定開(kāi)路還是通路報(bào)警（常開(kāi)：沒(méi)有物體擋住時(shí)，一直處于斷開(kāi)狀態(tài)，有物體擋住時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合;常閉：沒(méi)有物體擋住時(shí)，一直處于閉合狀態(tài)，有物體擋住時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)），可以實(shí)現(xiàn)皮帶斷裂后及時(shí)發(fā)出報(bào)警，實(shí)現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)避免出現(xiàn)注水泵上游管線刺漏和機(jī)泵的損毀。

該方案中兩套設(shè)備全部采用24v電源，無(wú)需串聯(lián)繼電器，無(wú)需再行鋪設(shè)電源線，使用環(huán)境溫度為-25℃～+65℃，相對(duì)濕度為35～95%HR，基本滿足油田運(yùn)行現(xiàn)狀，測(cè)試一定周期后未出現(xiàn)傳感失真和不工作情況，工作狀態(tài)穩(wěn)定。

5、應(yīng)用效果

2021年利用集輸隊(duì)的2臺(tái)柱塞式注水泵進(jìn)行設(shè)備設(shè)施的安裝和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了對(duì)注水泵多點(diǎn)位自動(dòng)化運(yùn)行的監(jiān)控。改造前，注水泵機(jī)油乳化、排水溝堵塞問(wèn)題較為明顯，5月單月機(jī)油乳化為1次，排水溝堵塞問(wèn)題為5～7次。改造完后問(wèn)題出現(xiàn)次數(shù)大大減少，基本在早期已經(jīng)報(bào)警治理。報(bào)警設(shè)備通過(guò)485遠(yuǎn)傳信號(hào)線傳至儀表機(jī)柜室后經(jīng)DCS系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)字監(jiān)控電腦顯示為電腦軟件的模塊信號(hào)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)員工可以遠(yuǎn)距離監(jiān)控和了解柱塞式注水泵的具體參數(shù)和運(yùn)行情況。