长庆油田往复式注水泵创新技术综述

（1.西安石油大学石油工程学院；2.西南石油大学机电工程学院；

3.中国石油长庆油田分公司设备管理处，陕西 西安710068）

长庆油田往复式注水泵创新技术综述

张 昊1，3吉效科2，3陈莉蓉3

（1.西安石油大学石油工程学院；2.西南石油大学机电工程学院；

3.中国石油长庆油田分公司设备管理处，陕西 西安710068）

长庆油田某公司生产的注水泵额定压力在20MPa以下性能较稳定，但当额定压力在20MPa以上时一般故障较多。为此开展注水泵技术优化创新，制定注水泵订货技术规范，统一技术配置与运行管理，引进试用先进设备和材料，提高注水泵及易损件寿命，缩短故障停机时间，提高了注水时率和注水系统效率。

注水泵；柱塞泵；离心泵

一、概述

长庆油田注水站的种类主要有清水注水站、采出水回注站、清水和采出水分注站及小型橇装注水站，这些站点分布广，数量多。清水注水站由小规模分散建站改进为大规模集中建站，减少劳动定员，节约了运行成本。采出水回注站一般与联合站合建，联合站脱出采出水就地处理，就近回注。清水和采出水分注站是在注水泵房内同时设有清水、采出水两套流程，两流程通过一台共用注水泵连接，便于清水或采出水注水量调节。小型橇装注水站适用于特低渗透油田开发中的超前注水区块、注水井较少的试验区块和正规注水站覆盖不到的边远小区块。

近年来，长庆油田在注水泵的防腐技术、防振减振、延长易损件寿命、降低能耗、提高效率、安全防护、节约投资、降低成本、数字化管理、规范化管理等方面开展了一些探索与试验，逐步形成了适合长庆油田注水泵的一些技术、配置与方法。

二、技术应用与取得的成果

1.结合生产工艺实际和节能降耗要求，优化注水泵运行管理。

（1）常规注水泵工艺是在泵前设计喂水泵，以保证注水泵充足的供液量。长庆油田近一半注水泵实际运行排量在20m3/h以下。为此，采取利用注水泵与水罐之间的标高差、增大注水泵进口管线直径以及改为双进口管线供液等措施，实现了137台注水泵（占注水泵的12.5%）可在不用喂水泵状态下运行。

（2）针对注水泵实际排量与配注量不能很好匹配，多余水量通过站内打回流处理的情况，结合节能项目，累计对467台注水泵完成变频技术改造，使得油田42.5%的注水泵无回流注水。

（3）同时，对其它注水泵通过更换皮带轮、改变柱塞直径等措施，调整注水泵运行排量，使其额定排量与实际配注量较好吻合。

2.结合油田安全隐患治理，制定《长庆油田往复式注水泵技术规范》，加强注水泵的技术配置与安全管理。近年来，因注水压力逐步升高、泵体局部腐蚀、管网振动、结构缺陷、防护不全等引发蓄能器飞出、泵体开裂、管网刺漏等时有发生，给站库安全管理、人员操作、生产运行带来很大威胁。对此采取了以下措施。

（1）明确蓄能器配置标准。针对一些站点注水泵管网振动严重、厂家配置蓄能器过小的问题，全部进行更换并增大蓄能器设计容量1～2个等级；并且将蓄能器的配置规格型号从8个减少到现有的5个，增强蓄能器的互换性。针对蓄能器飞出问题，一是对现有注水泵蓄能器采取防护加固措施；二是把蓄能器与三通的内螺纹连接改造为外螺纹连接型式；三是严禁将蓄能器安装在泵头缸体上；四是规定蓄能器过流部件材质和防腐加工处理工艺。新泵全部按此配置标准执行。

（2）规范注水泵防护罩标准。针对过去注水泵无防护罩或防护罩不规范的问题，一方面督促各单位对现有注水泵防护罩进行规范，另一方面在注水泵采购中明确要求配置，确保油田注水泵100%配置防护罩。

（3）规范注水泵的泵头型式。针对泵体开裂的问题，经过故障分析论证，立式分体锥阀的吸入阀与排出阀之间为高压交变载荷区域，其十字孔相贯线处存在应力集中，易造成液力端泵头开裂。为此，明确规定额定压力16MPa以上（含）的注水泵液力端缸体全部采用卧式组合阀结构。

3.试验双导向定位密封锥形组合阀结构液力端泵头缸体。针对采出水注水泵进、排液阀使用寿命短、检泵频繁的问题，2012年5月，在采油三厂虎狼峁作业区柳三转3#采出水注水泵上改造试验了双导向定位密封锥形组合阀结构。在运行参数不变的情况下，该泵进、排液阀已经正常运行2 208h，较改造前的寿命提高了700h，泵效提高到90%以上。双导向定位密封锥形组合阀特点是，金属阀板锥面上装有非金属密封结构，当泵阀落座时可减缓冲击并在关闭时增加密封接触面，改善密封性能，提高了阀组的寿命；定位密封锥形阀在开启和关闭过程中有双重导向，从而保证锥阀与阀座的对中性和密封性；进液阀和排液阀共同组合在同一阀座上，安装、拆卸方便；组合阀装在泵头中，泵头中相交孔的应力集中处没有交变载荷的产生，从而保证了泵体在高压力作用下不会开裂。

4.试用延长柱塞与盘根使用寿命的新技术。

（1）新型隔膜式注水泵。针对注水泵柱塞及密封函体受采出水腐蚀而使用寿命短、更换频繁的问题，2009年11月，在超低渗透油藏第二项目部元西一转引进试验隔膜式注水泵1台，试验期间经过改进和优化，性能稳定。与同参数的3175Pa-17.3/20型注水泵相比,柱塞寿命提高到15 000h，为普通注水泵的3.5倍；填料寿命提高到15 000h，为普通注水泵的26倍；维修次数明显减少，年维修费用只有普通注水泵的13%。该型泵采用前置式护膜板和循环压力平衡系统，延长了隔膜片的使用寿命，柱塞和盘根在油润滑状况下，不会产生异常温升现象，使“易损件”成为“非易损件”。

（2）柱塞填料密封同步隔离技术。为延长易损件使用寿命，通过利用密封腔密封润滑介质（抗乳化油品）良好的润滑性能，使密封介质与输送介质达到自动安全隔离状态，克服柱塞往复运动期间与填料摩擦副的摩擦功耗以实现降低柱塞与填料间摩擦损失，2011～2012年，先后在采油三厂油二联改造4台、靖四联改造2台、盘二注新安装1台注水泵，试验同步隔离技术，该技术的试验将注水泵的盘根寿命提高了1 000h以上，降低注水单耗9.9%。

（3）柱塞与中间杆的自动对中调心技术。现有注水泵的柱塞和中间杆采用卡环或螺纹连接两种型式。卡环连接可以对上下左右不同心进行一定程度的调节，但卡环容易松脱引起曲柄连杆机构机械事故；螺纹连接是刚性连接，在加工、装配误差及自重的共同作用下,轴线与孔中心线不可能完全重合,存在径向偏差,易造成十字头径向负荷增加、电机输出功率增大、十字头及滑道磨损、连杆瓦偏磨、柱塞偏磨、寿命缩短等问题。针对这两种连接型式的不足，2011年1月，在采油三厂油二联2台注水泵液力端总成改造试验了柱塞与中间杆自动对中调心技术。改造后泵排量从31m3/h提高到39 m3/h，注水单耗从0.311 1kW.h/（m3.MPa）下降至0.266 7kW.h/（m3.MPa），易损件平均寿命延长近1 500h，运行振动减小，运行平稳。

（4）陶瓷柱塞技术。针对采出水腐蚀性强，注水泵使用寿命短的问题，2007年开始，试验了陶瓷柱塞。到2012年的5年间，有低温烧结、等离子喷涂、爆炸喷涂、激光熔覆等多项陶瓷柱塞工艺技术在现场试验，使用寿命从168h到10 120h不等。采油三厂靖二联试用的一根氧化锆低温烧结陶瓷柱塞使用寿命为10 120h，而油二联试用的一根氧化锆低温烧结陶瓷柱塞使用寿命为6 155h，使用寿命是同台泵普通柱塞的3～4倍。以上试验数据说明陶瓷柱塞确实具有耐磨、耐腐蚀的特点。但由于烧结工艺复杂、质量差别大、产品种类繁多、安装条件高，适用于油田采出水注水泵的陶瓷柱塞仍需逐步积累产品选择和工况匹配的经验。

（5）柱塞表面喷涂技术。超音速火焰喷涂工艺相对常规火焰喷涂工艺，粒子速度从30～180m/s增加到500～800m/s，涂层的致密性孔隙率从10%～30%降低至1%～10%，涂层结合强度从14～28 MPa增加到60～90MPa，涂层增氧量从4%～6%降低到0.2%。可提高柱塞的表面粗糙度Ra值达0.2、表面硬度达HV750以上，提高柱塞耐磨性。经现场试验证明，该技术使注水泵柱塞的使用寿命提高1 500h。

（6）优化盘根材质选型与组合。针对高压注水泵填料盘根寿命短的问题，试验碳纤维盘根、增强型碳纤维盘根（二次烧结高强度的碳纤维填料盘根）和复合芳伦盘根3种填料盘根的密封效果。实践证明，在泵压小于16MPa时，可以采用碳纤维填料盘根或增强型碳纤维填料盘根；但在泵压高于16MPa时，碳纤维填料盘根和增强型碳纤维盘根的密封性较使用复合芳伦盘根寿命短450h。

针对注水泵盘根寿命较短的问题，探索“13141”盘根组合方案，与“181”盘根组合方案相比，半年节省盘根数量10个/台，注采出水和注清水泵的盘根寿命分别提高370h和399h。但是该结构是否对柱塞的寿命有影响正在进一步的跟踪试验中。

三、结语

近年来，长庆油田紧密围绕油气生产工艺和节能降耗、安全隐患治理等工作要求，通过制定《长庆油田往复式注水泵技术规范》，加强了注水泵的技术配置，明确了蓄能器、防护罩配置标准；通过新设备、新技术的应用及强化注水泵技术与运行管理工作，减小了注水泵因流量脉动导致的压力波动，提高了防腐蚀性能，延长了使用寿命，实现了往复式注水泵安全平稳经济运行。

[1] 董巍，王荣敏.长庆油田注水地面工程技术优化分析[J].石油规划设计，2010，21（3）.

TE934.1

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