注水泵报警装置研制及应用

王宇 姜殿军 徐凯

摘要  对柱塞式注水泵现有自动化运行使用的报警连锁装置进行分析，指出其潜在的风险。为此，制定解决方案：选用了一种水导电报警装置和红外感应装置来实现柱塞式注水泵自动化运行和监控，降低了原有注水泵系统中的风险。

关键词  柱塞式注水泵 刺漏 皮带断裂 机油乳化

目前，国外大石油公司普遍实现了油田生产自动化管理，单井包括地面、地下的主要参数均实现了自动化采集和自动开关井;泵站系统基本实现了自动化数据采集和生产过程自动化控制，百万吨油田的操作人员基本在50人左右。可以说，油田生产自动化在国外已经应用十分成熟和普遍。近年来，我国自动化系统进展明显加快，资金投入大幅度提高，油田生產自动化系统的规模和档次有了一个质的飞越。

油田注水是油田中期保持高效稳产的有力措施。其方法就是通过注水，进而恢复甚至增大地层压力，使地层流体压力大于井筒内静液压力，从而达到开采出油气的目的，由于油田每个区块注水量随开采的变化需要经常调整，油田注水普遍采用柱塞式注水泵，通过回流与变频控制。注水开采是冀东油田现阶段主要开采方式之一，柱塞式注水泵是冀东油田注水开采最常用的泵种。

1、背景介绍

油田集输站要将各个采油队输来的原油集中进行管线运输、油罐存储，完成对来油、输油及有关储油量的计算和盘存管理。在此过程中，对含水的原油要进行脱水工艺处理，这样就形成了原油集输的若干个工艺处理过程。在开采原油时，要想地下注入一定比例的水，以防止底层下陷。

柱塞式注水泵作为油田注水采油的升压设备，在工作中始终处于不间断的高速运转状态。凡尔总成作为柱塞式注水泵的重要组成部件，通过凡尔总成阀片的开启与关闭，实现注水泵低压进水，高压排水的工作。目前冀东油田大部分场站已经实现了自动化普及和运行，大大减少了人员夜间巡查的强度，常见的柱塞式注水泵采用的报警装置有高低压报警及连锁装置，部分场站柱塞式注水泵加装了电机温度检测连锁装置实现对机泵和人员的保护，但现场过程中仍存在很多潜在风险，很多故障发生时，人员有时无法从远传信号来判断具体故障，贸然传入会造成人员伤害。

2、存在问题

注水泵凡尔总成盘根位置发生泄漏量过大造成排水槽水位过高或注水泵动力端油封位置漏油造成的乳化物堵塞排水槽等这些问题造成水进入机油箱造成机油乳化问题会增加维修成本，直接减少该区块的注水时效，间接影响了该区块油井注水开采的产能;注水泵动力总成压盖经常拆装更换盘根造成的丝扣磨损严重进而造成刺漏问题，严重时高压液体喷射会造成设备的损坏和威胁人员的生命安全;注水泵长期运行水垢及管壁缩径严重造成的单流阀无法实现其功能性，一旦注水泵皮带出现断裂注水泵无法给井口供水造成的井口压力回顶进口，此时由于出口压力就是井口压力，注水泵无保护连锁，进一步造成进口管线刺漏及注水泵机组、喂水泵机组的损坏和人身伤害问题。

3、解决方案

针对注水泵自动化管理运行会出现的风险，笔者提出了相应的解决方案。

方案一，在原有基础加大管理制度加密人员巡检。但此方法受人员自身技能和素质影响较大，收效不大且仍有时间空隙无法全天覆盖。

方案二，将原有摄像头更改为360°高清摄像头。但此方法对监控人员又加大了工作强度，且摄像头有盲区，无法反应较为细微的细节，如排水槽堵塞、盘根、机油漏失情况等。

方案三，在原有的自动化系统基础上增设水导电报警装置和外红感应装置，并通过布线和调试将信号接入现有的DCS系统，实现出现情况-报警-紧急连锁动作的环节。

水导电报警装置为两根导芯线相互缠绕在一起，螺旋结构使得检测线牢牢嵌入线轴之中，且检测线的护套由快干材料制成，只需将湿水电缆擦干即可快速恢复到正常状态，检测线离检测水平面有0.8mm的间隙，借助液体的虹膜虹吸原理，微量的水粉就可以被吸附接触到检测芯。由于非纯水也是一种导电性物质，经过水的微弱电流（2ma左右）使电路产生电压变化，从而发出报警。该装置可根据测量需求调节灵敏度，最小可检测水滴。

红外感应装置根据实际情况我们又选择两种装置，即安装在皮带中间位置的放散式红外装置和上下互感的对射红外线装置，皮带断裂后由于信号无反射或有投射可根据情况设定开路还是通路报警（常开：没有物体挡住时，一直处于断开状态，有物体挡住时，开关闭合;常闭：没有物体挡住时，一直处于闭合状态，有物体挡住时，开关断开），可以实现皮带断裂后及时发出报警，实现早发现避免出现注水泵上游管线刺漏和机泵的损毁。

该方案中两套设备全部采用24v电源，无需串联继电器，无需再行铺设电源线，使用环境温度为-25℃～+65℃，相对湿度为35～95%HR，基本满足油田运行现状，测试一定周期后未出现传感失真和不工作情况，工作状态稳定。

5、应用效果

2021年利用集输队的2台柱塞式注水泵进行设备设施的安装和调试，实现了对注水泵多点位自动化运行的监控。改造前，注水泵机油乳化、排水沟堵塞问题较为明显，5月单月机油乳化为1次，排水沟堵塞问题为5～7次。改造完后问题出现次数大大减少，基本在早期已经报警治理。报警设备通过485远传信号线传至仪表机柜室后经DCS系统进入数字监控电脑显示为电脑软件的模块信号报警，实现员工可以远距离监控和了解柱塞式注水泵的具体参数和运行情况。