屏蔽电泵在液态二氧化碳注入工艺中的应用

刘硕

摘 要：屏蔽电泵是二氧化碳驱油中注入环节的重要部分，由于液态二氧化碳的不稳定性，极易汽化并形成固态干冰，严重影响生产正常运行。区别于其他液态介质（油、水等），二氧化碳驱采油在国内应用案例较少。本文从工况介质、工艺流程、二方面入手并结合现场经验，摸索出屏蔽电泵稳定高效运行的应用实践。

关键词：屏蔽电泵；液态二氧化碳；工艺分析

1 影响屏蔽电泵运行稳定性分析

1.1 工况介质自身特性影响分析

①根据二氧化碳相态表，液态二氧化碳压力2.0MPa，温度-20℃。常压下不存在液态二氧化碳，当屏蔽泵进口打开，液态二氧化碳从管道进入泵体后，泵体及后段管道压力和温度情况处于常压和室温，以及管径不同的变化，这种情况下，处于失压状态的液态二氧化碳会吸收自身热量，一部分转变为气态二氧化碳，一部分由于失去热量形成固态二氧化碳，即干冰。分析得出，在起泵前，开启屏蔽泵进口阀门后，泵体内就已存在固态粉末状干冰和气态二氧化碳，气体和固体的存在会直接导致叶轮无法正常工作，此时启动设备，屏蔽泵是无法正常起压的；②二氧化碳储罐所存液态介质参数变化的影响分析：本站二氧化碳储罐包括2座100m3的卧罐及2座650m3的球罐，共计4台储罐：a.储罐设计有保温层，但仍会缓慢吸收周围环境热量，造成罐内二氧化碳吸收热量汽化，造成罐内压力不断升高，温度上升；设定为超过2.1MPa电动阀会开启泄压；b.随着正常注入的进行，罐存液位下降，罐内压力也会随之下降；温度也会随之变化；c.维持罐内正常生产运行的压力及温度主要依靠液态二氧化碳拉液罐车维持，当罐车向储罐内卸液时，液位上升，压力上升，温度下降；综上所述，储罐内介质的压力和温度会随着季节、液位变化、卸车而发生变化，根据经验总结，罐内压力变化范围在1.7MPa～2.1MPa之间，温度变化范围在-19℃～-23℃之间；结合第一条影响原因分析，储罐内液态二氧化碳压力越低，温度越高，在启泵时，越容易汽化生成气体和干冰。

综上所述：由于介质液态二氧化碳自身的不稳定特性，失压形成固态干冰和气态，是造成喂液泵不起压的直接原因。

1.2 工艺流程节点影响分析

①屏蔽电泵由于其没有电机风扇，因此屏蔽泵运行时依靠介质液态二氧化碳进行降温，因此屏蔽泵单独有条用于冷却降温的工艺管线，屏蔽泵冷却回流工艺管线原设计为由屏蔽泵尾部出，向下垂直走向，极易造成干冰积聚，通道截面变小导致堵塞，进而屏蔽泵由于冷却管线运行不畅，泵体温度升高，液态二氧化碳吸热汽化形成气蚀现象，造成不起压；②工艺管路上阀门开度影响分析：工业化屏蔽泵额定排量40m3/h，根据现有配注，工业化配注每小时注入约10m3，多余排量的液态二氧化碳从注入泵低压回流返回储罐。经现场多次试验，低压回流阀门开度大小会影响到屏蔽泵载荷，运行电流会随着开度的增大而增大，该阀门不可关闭，如关闭会直接导致屏蔽泵不起压。屏蔽泵属于离心泵的一种，单叶轮式泵，在常规的油水离心泵使用经验中，此类型泵可以通过出口阀门开度的大小控制流量，在实际应用到液态二氧化碳为介质的屏蔽泵上时，当出口阀门开度在5圈以下时，同样会直接导致屏蔽泵不起压；③工艺管路部分节点影响分析：a.屏蔽泵进口设有Y型过滤器，其中的过滤网呈45°角斜插工艺管路中，由于过滤网的存在，相当于通道截面积变小，液体二氧化碳在通过时，流速变大、压力变小、局部形成干冰和气体，进而形成连锁反应，结合原因分析第一条，造成不起压；b.屏蔽泵出口设有止回阀，设计为旋启式止回阀，止回阀阀瓣的存在同样起到了通道截面积发生变化，同时介质需克服阀门重力做功，部分机械能转变为内能，介质局部温度升高，发生汽化，进而形成连锁反应，结合原因分析第一条，造成不起压；综合分析，工艺管路上存在截面积发生变化，截面积变小、流速变大、根据流体力学伯努利原理，（p+1/2ρv2+ρgh=C），動能+重力势能+压力势能=常数，压力降低，会造成液态二氧化碳失压，局部形成固体粉末状干冰和二氧化碳气体，当积累到一定体量时，引起连锁反应，造成喂液泵不起压。

2 运行控制措施

根据影响因素进行探讨和研究，针对主要原因制定对策如下：

①喂液泵启停时间间隔影响，停泵时间在24h以内，不放空，不关闭进出口阀门利用介质维持泵体温度，缩短启泵放空用时；②注入泵低压回流阀门、屏蔽泵出口开度大小影响，阀门开度保持全开，保证屏蔽泵不憋压；③人员频繁启停泵，制定针对性操作规程，至少放空15min以上再启泵，避免恶性循环，延长起压时间；④工艺流程节点中，拆除Y型过滤器网，止回阀阀瓣，增加管道截面积，减少对介质影响

3 结论与建议

目前工业化屏蔽泵起压平均成功率在90%左右，平均用时20min，效果显著，大大缩短了启泵所用时间，提高了运行稳定性。

结合液态二氧化碳注入生产的独有特点，摸索前进，为二氧化碳注入工作提供齐全准的现场资料，对其做到精确把控，全面分析，提高注入系统的注入效率。

参考文献：

[1]胡永乐，等.注二氧化碳提高石油采收率技术[M].北京：石油工业出版社，2018.

[2]凌心强，朱天寿.超低渗透油藏地面工程技术[M].北京：石油工业出版社，2013.

[3]邢其毅.基础有机化学[M].北京：高等教育出版社，2005.