油田接转站注水泵能效提升研究与应用

张富新

（中国石油吐哈油田公司三塘湖采油管理区，新疆哈密 839009）

0 引言

在我国石油产业快速发展的推动下，油田开采力度不断强化。然而，在实际油田开采时，会遇到各种技术问题，对油田进行投入开发之后，在开采时间较长以及相关因素变化的影响下，油田后期开采会出现油田停喷、残留死油等问题，影响油藏开发。而在油田注水技术的作用下，促使油田实现稳产以及高产，向油田中注水能够弥补地下水的亏空，同时在注水泵的作用下，有效提升油田注水效率。

在传统油田开采中，由于技术、设备等方面较为落后，油田开采效果较差，其最终采集率较低。在地下压力变化的影响下，导致一些油气流失以及地段坍塌，甚至会出现大范围死油问题，最终导致投入成本远远高于产出价值。注水泵在其设备特性作用下，使其能够适用于各个压力范围中，并且在注水泵有效匹配作用下，是油田注水技术得到有效、广泛的应用。

1 目前现状

目前，吐哈油田三塘湖采油管理区共有注水泵26 台，主要分为三缸注水泵和五缸注水泵两种。其中，牛圈湖联合站有注水泵12 台，牛东接转站有注水泵7 台，西峡沟注水站有注水泵2 台，马18 注水站有3 台，站外注水泵2 台，主要为牛圈湖区域和牛东区域进行注水。在应用过程中，注水泵经常出现运行效率低的问题，导致配件损坏率升高、能耗增加。

牛东接转站目前共有7 台注水泵，于2019 年9 月份投运，其中2 台注水泵为工频运转、5 台注水泵为变频运转，主要为牛东区域注水井进行注水。当注水泵运行效率低时，只有通过降频运行和多开泵来满足注水需求，但导致耗电量升高居不下。从2021 年2—4 月份的统计数据来看，注水泵的平均运行效率只有47.4%，平均耗电量为60.57×104kW·h。

表1 2021 年2—4 月份注水泵电机运行效率和电耗统计

2 存在问题

2.1 注水水质差，影响注水泵运行效率

污水系统投运以来，为满足生产运行，先后开展了牛东水处理药剂配方调整实验，选择和确定最佳的絮凝沉降加药方案。经过1 年的实施，处理装置仍存在不同程度的污染，工况较差，悬浮物超标（超标大于7.0 mg/L），严重影响生产正常运行。同时，从各节点悬浮物含量的化验数据来看，除了3 项含量未超标，其余各节点悬浮物含量均严重超标，环保风险较高。

另外，由于注水泵使用的水水质差、含悬浮颗粒较多，导致注水泵液力端阀体、阀片等配件被高压水刺伤，出现刺伤通道、高压水在泵腔内打回流等，导致注水泵的无用功率升高、使用效率降低（图2）。

图2 注水泵阀体刺漏情况

2.2 注水泵低频运转

夏季注水泵运行时电机运行温度超过90 ℃、联锁停机，导致注水泵低频运转，巡检工通过频繁切泵来保证注水的正常运行。主要原因有：①注水泵房通风不畅，夏季泵房环境温度高达43 ℃以上，泵房内热气无法流通出去；②注水泵变频电机的散热风机通风量小（7800 m3/h），电机轴承端温度无法得到有效降温；③电机轴承端盖与轴承配合间隙大，轴承“跑外圆”，导致电机轴承端温度持续升高（表2）。

表2 6 月份注水泵电机运行温度统计 ℃

3 优化方案

3.1 优化方案1：优化工艺流程，提高注水泵进口水质

在污水反应撬与过滤间之间增加缓冲设施，增加污水缓冲沉降时间。具体措施为：在压力式污水反应撬与过滤间之间安装了6 具40 m3缓冲罐，罐内设置二级沉淀斜板，同时进出罐工艺管线设置U 形弯，增加絮凝缓冲反应时间和效果，处理液二次沉降后再进入一、二级过滤装置，实现水质提高。

加装缓冲罐后，对流程各个节点进行取样，水质得到明显改善（图3）。

图3 污水处理改造后水质情况

3.2 优化方案2：增加通风设施，降低泵房环境温度

具体措施为：①对注水泵房南北面两侧进行开窗，增加泵房内空气的对流；②在注水泵房的东西侧各加装了3 套轴流风机，有效加强注水泵房内部对流，降低泵房室内温度。

通过测量，注水泵房环境温度降低了2～3 ℃。

3.3 优化方案3：更换过盈配合的轴承端盖

电机轴承与轴承端盖必须达到过盈配合，过盈配合间隙达到0.005～0.008 mm 才能满足使用要求，防止电机轴承出现“跑外圆”的情况出现。

与厂家沟通，订制满足轴承过盈配合的轴承端盖并进行更换。通过测量，电机轴承端温度降低了4～6 ℃。

3.4 优化方案4：增设散热设备，降低散热温度

具体措施为：①将注水泵电机的散热风扇更换为排量为12 000 m3/h 散热风扇，增加电机的冷却通风量；②在注水泵电机散热风扇端增加一套水冷风机，有效降低散热循环风的温度，从而降低注水泵电机轴承端的温度。

通过测试，注水泵运行频率提升至50 Hz，电机的运行温度低于80 ℃。

4 优化效果分析

4.1 效果检查分析

（1）注水泵运行一个月后，对注水泵液力端配件检查，阀体、阀片等部件本体完好，无高压水刺伤通道。对2021 年和2022 年同期注水泵更换的阀体数量统计，更换数量明显降低（表3）。

表3 同期阀体更换数量对比 个

（2）注水泵运行频率由原来的最高42 Hz 提升至50 Hz，电机温度90 ℃以上升至80 ℃以下连续运行，延长了单台注水泵的运行时间，降低泵的停机率和注水泵的耗电量（表4）。

表4 同期注水泵开泵情况对比

4.2 效益分析

（1）经济效益。由表5 可知，改进后每年可节约维修费约27.61 万元、电费约188.11 万元，年节约费用约215.72 万元。

表5 改进后节约费用统计

（2）社会效益。降低了注水泵的故障停机率，减少注水泵维修人员的劳动强度和现场操作人员切泵的工作量。

5 总结

通过对牛东接转站注水泵流程、介质、泵体本身进行分析和方案优化，注水泵的运行效率由原来的47.4%提升至85%以上，每年可节省维修费和电费约215.72 万元，有效提升了注水泵的能效。