嵌入式注水站改造中的問題與對策

趙東升（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

1 背景介紹

1.1 喇二注水站情況

喇二注水站于1974年7月投產，現有4臺注水機組，1座1 000 m3污水罐、1座1 000 m3清水罐、2臺冷卻水泵、1座稀油站，7條出站管道，由喇二污水站提供普通污水，將原有一個1 000 m3污水罐改為1 000 m3清水罐，用作自然冷卻水罐。目前設計注水能力21 600 m3/d，現在實際處理量為19 063 m3/d，負荷率為88.25%[1-2]。

1.2 改造必要性

1.2.1 水罐系統

污水罐規格為1 000 m3，實際處理量為19 063 m3/d，經計算其污水實際緩沖時間為1.01 h，不滿足4～6 h規范要求，污水罐緩沖時間不足；罐體壁板與罐頂結合處有泄漏，儲罐整體下沉，導致泄污孔低于地表面。經宏觀檢查，罐體壁板有多處修補，且有多處出現凹陷的情況，另外，罐體整體下沉，導致泄污孔低于地表面[3-4]，水罐現場圖見圖1。

圖1 水罐現場圖Fig.1 Pictures of water tanks

1.2.2 注水機組

該站共D300型注水機組4臺，運3備1，處理能力21 600 m3/d，實際處理量為19 063 m3/d，負荷率為88.25%，年總耗電量為5 184×104k Wh。根據現場調查，1#、2#注水機組投產于2004年，3#注水機組投產于2019年，4#注水機組投產于2003年。運行年限長，泵體內部元件結構腐蝕、老化。其中1#注水機組存在電動機過熱、軸瓦磨損嚴重、損壞等問題；2#注水機組存在前瓦座與瓦蓋接合面變形、漏油，軸瓦溫度高、損壞等問題；4#注水機組存在機組振動劇烈、注水泵刺水、漏油等問題。據統計，2017—2018年，累計維修28次，嚴重影響生產運行[5-8]。

1.2.3 冷卻潤滑系統

該冷卻系統是依靠大罐與空氣對流自然換熱，對高溫水進行冷卻，夏季氣溫高時，換熱效果不佳，水溫高影響機泵運行，需定期更換罐內清水，造成了清水的浪費。據統計，2016—2021年每年由于更換冷卻水消耗清水量為1.5×104m3左右，折合費用約8.33萬元/a。

1.2.4 高壓管道占壓

喇二注水站共7條出線，根據現場調查，2條向東出線經過儲罐及罐間閥室底部，若管道腐蝕穿孔，高壓水流將破壞水罐基礎，導致水罐傾斜、下沉、倒塌，存在安全隱患。

1.2.5 注水站整體地勢低洼

注水泵房建于1974年，為喇二聯合站地勢之最低點，其低于場地路面約0.5 m。泵房等處常年雨水倒灌，現場只能外接水泵排水。泵房內有高壓電纜等用電設施，積水會導致短路、觸電、人員滑倒等風險。

2 喇二注水站優化運行研究

2.1 布局優化

通過布局優化，實現注水站不停產改造。根據生產要求，注水站與變電站距離不宜超過100 m，距離過大會影響電力傳輸，導致電流過大，將使注水泵無法正產啟停，影響生產，因此注水站選址應在變電站較近位置。喇二聯合站站外系統見圖2。

圖2 喇二聯合站站外系統Fig.2 System drawing outside La'er union station

站外情況：由站外系統圖可知，臨近變電所一側，井、管道量大密集，在該區域新建注水站，遷建工作量大、對生產影響大。

站內情況：經現場勘查，注水站北側為空置場地，其尺寸為47 m×35 m，總面積約為1 645 m2，該區域南、西側臨路，東側為采暖泵房（防爆場所），北側為采暖管道。

1）罐區、注水區域分置合理利用站內空間。罐區與注水區域隔路建設，即利用北側現空置場地，新建注水站泵房，利用原注水站水罐附近新建罐區、冷卻系統設施。

2）采取冗余對策，設置多道防線，保證安全距離。一是改變常規布局，將配電室移至泵房北側，與高壓閥組間平行，增加新建建筑物與已建泵房之間的距離為11 m；二是將臨近采暖泵房一側采用防火墻，增加其防爆、耐火能力。

3）采取循環冷卻系統，減少清水消耗。通過循環冷卻系統，替代大罐對流冷卻，新建冷卻塔、冷卻水罐各1座，采用新工藝后，可避免清水浪費，年可節約清水1.5×104m3。擬新建位置及平面布置情況見圖3。

圖3 擬新建位置及平面布置情況Fig.3 Location and layout of new water injection station

2.2 參數優化

通過參數優化，實現設備合理匹配。根據開發預測，喇二注水站未來十年注水量為19 180 m3/d，按照該站目前設備情況注水系統：處理量為21 600 m3/d，運行負荷率為88.79%。污水系統：水罐規格為1 000 m3，處理量為19 180 m3/d，經計算其污水實際緩沖時間為1.01 h，不滿足4～6 h規范要求。冷卻水系統：按照原設計能力，冷卻水量應為171.5 m3/d，目前其建設100 m3/h冷卻水泵2臺，系統負荷為171.5%，冷卻水量不足[9-10]。

1）優化注水參數，保證注水系統高負荷運行。針對預測水量為19 180 m3/d，確定新建注水站規模為19 200 m3/d，建設D400注水泵3臺，運2備1，負荷率為99.89%，負荷率提高了11%，同時還少啟1臺注水泵，年可節電約1 313×104k Wh。

2）優化緩沖參數，保證污水系統緩沖時間。鑒于喇二注水站僅注入1種水質，計劃設置2 000 m3緩沖水罐、污水罐2座，改造后，其緩沖時間可達到4 h，滿足規范要求，保證緩沖時間。

3）優化冷卻參數，保證注水統平穩運行。鑒于未來運行2臺注水泵，重新設置冷卻系統運行參數，設置冷卻水泵3臺，排量為100 m3/h，改造后冷卻水系統負荷為58.25%，能夠保證冷卻效果，保證系統平穩運行。擬新建喇二注水站泵房布置情況見圖4。

圖4 擬新建喇二注水站泵房布置情況Fig.4 Layout drawing of pump house of new water injection station

4）通過環節優化，實現改造的有序銜接。根據現場調查，2條向東的出線經過儲罐及罐間閥室底部，水罐及閥室拆除作業過程中，施工機械及地層變化可能對埋地管道造成擾動、破壞，導致管道局部沉降、隆起、破損穿孔，存在安全隱患。

由于場地限制，新建污水罐區域與已建污水罐區域必然有一定重疊，若不拆除已建罐區，則新建罐區無法施工，而注水站不能停止運行。擬新建喇二注水站改造銜接示意圖見圖5。

圖5 擬新建喇二注水站改造銜接示意圖Fig.5 Drawing of transformation and connection of new water injection station

為保證喇二注水站的正常運行，實現注水站改造的順利、平穩開展，采用連環替代法，將改造生產銜接對策分4步進行：

1）原注水站保持運行，新建注水泵房、注水泵、冷卻水罐、冷卻水塔、注水管道，之后臨時停產，占壓管道遷建。

2）利用新建冷卻水系統代替清水罐對老站注水系統進行冷卻，拆除原冷卻用清水罐，在其原位置附近新建一座污水罐。

3）臨時停產，管道連頭，利用新建污水罐給新建注水站供水，利用新建冷卻水系統給新建注水站冷卻，拆除老站污水罐及注水泵房，拆除臨時管道等。

4）新建第二座污水罐及罐間閥室，拆除原注水管道。

2.3 無人值守模式改造

通過結合喇十七模式，進行無人值守模式改造。2014年喇二聯合站整體改造后，站內建有中心控制室一座。目前，除喇二注水站未進行集中控制改造以外，站內其他崗位均已實現了中心控制室集中監控,為適應公司數字化建設發展趨勢，結合公司中大型站庫的建設要求，對喇二注水站按照喇十七、喇400合建站注水系統控制模式，進行無人值守模式改造。

通過完善數據采集和過程控制，同時將信號上傳至喇二聯中心控制室。中心控制室對該站進行顯示、報警、控制、記錄，壓力、液位、電流等檢測儀表具有遠傳功能。

1）自控儀表系統改造。在系統中新增78個檢測點，通過對注水站生產過程中的溫度、壓力、流量、液位、機泵狀態等工藝參數的自動檢測、控制及超限報警，實現對生產運行的自動監控，確保注水站安全平穩運行。

2）視頻監控系統改造。為使值班人員能夠及時發現、確認故障以及安全隱患，中心級監控和本地級監控系統均基于IP技術、采用以網絡硬盤錄像機為核心的網絡視頻監控系統，在現場新增6個站場前端攝像機，實現對整個監控系統的存儲、授權控制等功能，中心級監控設置監控管理終端。

3）數據傳輸系統改造。按照“站場數字化”方式建設，喇二注水站自控系統通過工業以太網交換機及光纜，與喇二聯合站中心控制室室內PLC控制系統建立通信，并對喇二聯合站中心控制室內PLC控制系統進行系統調試，實現數據上傳。

喇二注水站實現無人值守后，施行中心控制室遠程監控，巡檢維修。人員資源配置優化完全實行集中監控無人值守模式后，可減員5人，按每人每年成本15萬，年節約人工費用75萬元。

2.4 優化效果

通過對喇二注水站優化運行，實施注水站不停產改造、提高注水系統運行負荷率、提高冷卻效果、實施站庫無人值守，喇二注水站改造節能效果見表1。

表1 喇二注水站改造節能效果Tab.1 Energy-saving effect of the transformation of La'er water injection station

3 結論

1）喇二注水站存在的諸多問題，代表了采油六廠運行年限長的注水站的現狀，該改造為有限空間內進行的全面更新，為未來在類似情況下喇一注、喇Ⅱ-1注等嵌入式站庫改造，提供了一定技術支持。

2）在注水站改造過程中，通過應用諸多成熟節能措施，有效降低了注水系統的能耗，實現改造過程節能降耗，優化注水系統參數，核減注水泵1臺，應用循環冷卻系統等技術，可節約清水浪費,實施無人值守，實現節約操作人工。

3）通過應用配電室后置、罐區與泵房分置等措施，可有效縮短注水泵房的長度，更加有效的利用站內空間，保證改造安全距離，實現有限空間內注水站的改造。

4）通過采用連環替代、臨時措施的有效銜接，可實現注水站的不停產改造，實現注水站更新的同時，保證注水系統的正常運行。

5）根據生產要求，未來注水系統將全面實行集中監控、無人值守措施，此次改造通過儀表、監控、傳輸系統的改造，將新建的注水站控制系統接入聯合站已建系統，實現整個聯合站的無人值守改造，為今后的聯合站外接控制系統提供了技術保證。