油田接轉站注水泵能效提升研究與應用

張富新

（中國石油吐哈油田公司三塘湖采油管理區，新疆哈密 839009）

0 引言

在我國石油產業快速發展的推動下，油田開采力度不斷強化。然而，在實際油田開采時，會遇到各種技術問題，對油田進行投入開發之后，在開采時間較長以及相關因素變化的影響下，油田后期開采會出現油田停噴、殘留死油等問題，影響油藏開發。而在油田注水技術的作用下，促使油田實現穩產以及高產，向油田中注水能夠彌補地下水的虧空，同時在注水泵的作用下，有效提升油田注水效率。

在傳統油田開采中，由于技術、設備等方面較為落后，油田開采效果較差，其最終采集率較低。在地下壓力變化的影響下，導致一些油氣流失以及地段坍塌，甚至會出現大范圍死油問題，最終導致投入成本遠遠高于產出價值。注水泵在其設備特性作用下，使其能夠適用于各個壓力范圍中，并且在注水泵有效匹配作用下，是油田注水技術得到有效、廣泛的應用。

1 目前現狀

目前，吐哈油田三塘湖采油管理區共有注水泵26 臺，主要分為三缸注水泵和五缸注水泵兩種。其中，牛圈湖聯合站有注水泵12 臺，牛東接轉站有注水泵7 臺，西峽溝注水站有注水泵2 臺，馬18 注水站有3 臺，站外注水泵2 臺，主要為牛圈湖區域和牛東區域進行注水。在應用過程中，注水泵經常出現運行效率低的問題，導致配件損壞率升高、能耗增加。

牛東接轉站目前共有7 臺注水泵，于2019 年9 月份投運，其中2 臺注水泵為工頻運轉、5 臺注水泵為變頻運轉，主要為牛東區域注水井進行注水。當注水泵運行效率低時，只有通過降頻運行和多開泵來滿足注水需求，但導致耗電量升高居不下。從2021 年2—4 月份的統計數據來看，注水泵的平均運行效率只有47.4%，平均耗電量為60.57×104kW·h。

表1 2021 年2—4 月份注水泵電機運行效率和電耗統計

2 存在問題

2.1 注水水質差，影響注水泵運行效率

污水系統投運以來，為滿足生產運行，先后開展了牛東水處理藥劑配方調整實驗，選擇和確定最佳的絮凝沉降加藥方案。經過1 年的實施，處理裝置仍存在不同程度的污染，工況較差，懸浮物超標（超標大于7.0 mg/L），嚴重影響生產正常運行。同時，從各節點懸浮物含量的化驗數據來看，除了3 項含量未超標，其余各節點懸浮物含量均嚴重超標，環保風險較高。

另外，由于注水泵使用的水水質差、含懸浮顆粒較多，導致注水泵液力端閥體、閥片等配件被高壓水刺傷，出現刺傷通道、高壓水在泵腔內打回流等，導致注水泵的無用功率升高、使用效率降低（圖2）。

圖2 注水泵閥體刺漏情況

2.2 注水泵低頻運轉

夏季注水泵運行時電機運行溫度超過90 ℃、聯鎖停機，導致注水泵低頻運轉，巡檢工通過頻繁切泵來保證注水的正常運行。主要原因有：①注水泵房通風不暢，夏季泵房環境溫度高達43 ℃以上，泵房內熱氣無法流通出去；②注水泵變頻電機的散熱風機通風量小（7800 m3/h），電機軸承端溫度無法得到有效降溫；③電機軸承端蓋與軸承配合間隙大，軸承“跑外圓”，導致電機軸承端溫度持續升高（表2）。

表2 6 月份注水泵電機運行溫度統計 ℃

3 優化方案

3.1 優化方案1：優化工藝流程，提高注水泵進口水質

在污水反應撬與過濾間之間增加緩沖設施，增加污水緩沖沉降時間。具體措施為：在壓力式污水反應撬與過濾間之間安裝了6 具40 m3緩沖罐，罐內設置二級沉淀斜板，同時進出罐工藝管線設置U 形彎，增加絮凝緩沖反應時間和效果，處理液二次沉降后再進入一、二級過濾裝置，實現水質提高。

加裝緩沖罐后，對流程各個節點進行取樣，水質得到明顯改善（圖3）。

圖3 污水處理改造后水質情況

3.2 優化方案2：增加通風設施，降低泵房環境溫度

具體措施為：①對注水泵房南北面兩側進行開窗，增加泵房內空氣的對流；②在注水泵房的東西側各加裝了3 套軸流風機，有效加強注水泵房內部對流，降低泵房室內溫度。

通過測量，注水泵房環境溫度降低了2～3 ℃。

3.3 優化方案3：更換過盈配合的軸承端蓋

電機軸承與軸承端蓋必須達到過盈配合，過盈配合間隙達到0.005～0.008 mm 才能滿足使用要求，防止電機軸承出現“跑外圓”的情況出現。

與廠家溝通，訂制滿足軸承過盈配合的軸承端蓋并進行更換。通過測量，電機軸承端溫度降低了4～6 ℃。

3.4 優化方案4：增設散熱設備，降低散熱溫度

具體措施為：①將注水泵電機的散熱風扇更換為排量為12 000 m3/h 散熱風扇，增加電機的冷卻通風量；②在注水泵電機散熱風扇端增加一套水冷風機，有效降低散熱循環風的溫度，從而降低注水泵電機軸承端的溫度。

通過測試，注水泵運行頻率提升至50 Hz，電機的運行溫度低于80 ℃。

4 優化效果分析

4.1 效果檢查分析

（1）注水泵運行一個月后，對注水泵液力端配件檢查，閥體、閥片等部件本體完好，無高壓水刺傷通道。對2021 年和2022 年同期注水泵更換的閥體數量統計，更換數量明顯降低（表3）。

表3 同期閥體更換數量對比 個

（2）注水泵運行頻率由原來的最高42 Hz 提升至50 Hz，電機溫度90 ℃以上升至80 ℃以下連續運行，延長了單臺注水泵的運行時間，降低泵的停機率和注水泵的耗電量（表4）。

表4 同期注水泵開泵情況對比

4.2 效益分析

（1）經濟效益。由表5 可知，改進后每年可節約維修費約27.61 萬元、電費約188.11 萬元，年節約費用約215.72 萬元。

表5 改進后節約費用統計

（2）社會效益。降低了注水泵的故障停機率，減少注水泵維修人員的勞動強度和現場操作人員切泵的工作量。

5 總結

通過對牛東接轉站注水泵流程、介質、泵體本身進行分析和方案優化，注水泵的運行效率由原來的47.4%提升至85%以上，每年可節省維修費和電費約215.72 萬元，有效提升了注水泵的能效。