劉新巖

(北京華油油氣技術(shù)開發(fā)有限公司 北京)

油田注水用磁力傳動增壓系統(tǒng)的研究

劉新巖

(北京華油油氣技術(shù)開發(fā)有限公司 北京)

目前國內(nèi)各大油田的開發(fā)均進入中后期,各大油田的部分注水單井或區(qū)塊高壓欠注問題日趨突出,促使人們逐漸認識到發(fā)展增壓注水工藝的必要性。迄今為止,增壓注水泵已初步形成離心式、往復(fù)式兩大類、數(shù)十個品種。為了解決油田特殊區(qū)塊、單井的注水工藝要求,針對現(xiàn)有多級離心泵和高壓柱塞泵存在的高壓動密封問題,將磁力傳動技術(shù)成功用于油田增壓注水。磁傳動式增壓注水泵具有密封壓力高、工作介質(zhì)無泄漏、振動小、噪音低、運行平穩(wěn)、免修期長等特點。在油田推廣應(yīng)用前景廣闊,具有良好的經(jīng)濟、社會效益。

磁力傳動;增壓注水;多級離心泵;研究

0 引 言

油田注水是保持油層壓力、降低原油遞減率的主要措施,注水泵機組是油田注水的關(guān)鍵設(shè)備。所謂增壓注水是以油田現(xiàn)有離心式注水泵站管網(wǎng)的壓力作為增壓泵吸入口的壓力,并以注水井的實注壓力作為泵的排出壓力,因此,增壓泵的吸入壓力不僅比常壓高得多,同時對設(shè)備也提出了新的要求[1]。勝利油田應(yīng)用的注水用泵主要有多級離心泵和高壓柱塞泵兩種。現(xiàn)有多級離心泵存在以下問題:一是排量較大,揚程相對較低,不能滿足某些區(qū)塊小排量、高揚程的注水要求;二是由于其軸端的密封形式主要是機械密封,要實現(xiàn)增壓注水比較困難。而適用于增壓注水的高壓柱塞泵雖然有揚程高、排量小的特點,但其柱塞密封存在可靠性低、工作壽命較短的嚴重缺陷,在國內(nèi)油田只有少量用于現(xiàn)場。針對油田現(xiàn)有注水設(shè)備的局限與不足,利用磁力傳動技術(shù)開發(fā)了磁力傳式增壓注水泵產(chǎn)品,促進油田注水工藝技術(shù)的發(fā)展,確保油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的順利實施。

1 專用磁力傳動器設(shè)計

增壓注水由于涉及到高壓動密封,注水設(shè)備的工作壽命和可靠性一直較低,因密封失效而造成的停泵事故在離心式增壓注水泵中約占70%,在往復(fù)式增壓注水泵中約占90%[2]。長期以來,許多生產(chǎn)廠家和科研單位為解決高壓動密封問題做了大量的工作,力求使增壓注水設(shè)備的工作壽命和可靠性有所提高,雖取得了一定成效,但未從根本上解決問題。設(shè)備維修頻繁,工作介質(zhì)泄露等問題依然存在。為此,采用磁力傳動技術(shù),將高壓動密封變?yōu)殪o密封,有效地解決了傳統(tǒng)的機械密封結(jié)構(gòu)具有的弊端[3]。

磁力傳動是靠磁力將原動機與從動機聯(lián)系起來,兩者之間不需任何機械聯(lián)接,因此可用隔板分開,形成兩個空間。工作機械傳動軸不需伸出機殼,因而淘汰了諸如填料密封、機械密封、流體密封等形式的軸封件,變動密封為靜密封。也稱之為全封閉。只要隔板與機體法蘭間放置墊片,擰緊法蘭,可實現(xiàn)零泄露或絕對密封。它的結(jié)構(gòu)簡單,易于制造和裝配,使用壽命長。

綜合考慮磁路形式、永磁材料等因素,確定最佳的磁路尺寸和具有良好的結(jié)構(gòu)性能的材料選擇和結(jié)構(gòu)件,確定出專用磁力傳動器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 磁力傳動器結(jié)構(gòu)圖

其結(jié)構(gòu)特點是內(nèi)磁轉(zhuǎn)子支撐在剛度較好的內(nèi)磁支架上,滑動軸承安裝在內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的內(nèi)部。傳動軸穿過內(nèi)磁支架,用花鍵與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子相連。托架的兩端分別與電機端蓋和內(nèi)磁支架止口定位相連,以保證內(nèi)外磁的裝配對中要求。傳動軸上裝有反向?qū)~輪,用以向磁傳動器內(nèi)輸送冷卻液。

2 磁傳動式增壓注水泵機組

多級離心泵的設(shè)計既要保證其工作的可靠性,又要充分發(fā)揮油田現(xiàn)有專用注水產(chǎn)品的先進技術(shù)與經(jīng)驗,充分利用油田專用多級離心泵的產(chǎn)品資源。因此,專用多級離心泵的設(shè)計是參照國產(chǎn)潛油電泵的結(jié)構(gòu)完成的。通過長期在井下復(fù)雜環(huán)境下的使用可知,該結(jié)構(gòu)用于油田注水磁力傳動增壓系統(tǒng)能夠充分滿足工作條件及可靠性需求,并且其零部件在油田資源豐富,利于維修,現(xiàn)場人員對其結(jié)構(gòu)足夠熟悉,利于施工,且地面維護方便。專用多級離心泵與現(xiàn)有潛油電泵所不同的是在泵內(nèi)增加了雙向止推軸承以平衡泵軸軸向力,這樣完全解決了普通磁力驅(qū)動離心泵軸承壽命普遍較短的問題,進而提高專用磁力傳動增壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。另外,由于地面電機與井下電機轉(zhuǎn)速不同,在導(dǎo)、葉輪的選型計算時要對其揚程、排量和功率進行修正計算。

2.1 結(jié)構(gòu)原理

磁傳動式增壓注水泵主要由電動機、底座、磁力傳動器、多級離心泵及其它輔助設(shè)施等6部分組成,見圖2。高揚程專用多級離心泵是參照國產(chǎn)勝利潛油電泵葉輪和導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計的。所有葉輪和導(dǎo)輪全部采用浮動結(jié)構(gòu),每級葉輪產(chǎn)生的軸向力分別由對應(yīng)的導(dǎo)輪平衡。為了保證磁力傳動器的性能和使用壽命,磁力傳動器設(shè)有自身冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和溫度監(jiān)控系統(tǒng),依靠引入隔離套內(nèi)的連續(xù)流動的工作介質(zhì),把由隔離套產(chǎn)生渦流損失發(fā)生的熱量及時帶走。溫度監(jiān)控系統(tǒng)可連續(xù)檢測磁體溫度,有超溫自動停機保護功能。

圖2 磁傳動式增壓注水泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

電動機首先帶動外磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),通過磁力帶動內(nèi)磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與外磁轉(zhuǎn)子之間有一高強度薄壁隔離套,它對泵入口處的工作介質(zhì)起隔離密封作用。與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子連接的傳動軸將動力傳遞給多級離心泵。由于隔離套的作用,把原來電動機直接驅(qū)動傳動軸容易磨損的動密封變成了靜密封,實現(xiàn)了無摩擦、無泄漏的動力傳遞。

2.2 專用多級離心泵

多級離心泵其原理是啟動電動機帶動泵高速旋轉(zhuǎn),液體介質(zhì)通過進液口進入泵體,流經(jīng)葉輪葉片的空間曲線型流道,在離心力的作用下射入成對出現(xiàn)的導(dǎo)輪流道內(nèi),一方面在導(dǎo)輪葉片作用下改變了受力方向集中向前運動,另一方面又被引入下一級葉輪流道的入口,以此類推經(jīng)過一對對導(dǎo)、葉輪的配合作用,逐漸增壓并由泵頭排出,所需排出壓力由導(dǎo)、葉輪的級數(shù)與單級揚程決定。專用多級離心泵的結(jié)構(gòu)特點是在泵的出口端設(shè)計了雙向止推軸承以平衡泵軸軸向力;葉輪采用全浮式結(jié)構(gòu),軸向力由每級葉輪對應(yīng)的導(dǎo)輪承擔(dān)。

2.3 主要性能參數(shù)

油田幾種常用規(guī)格磁傳動增壓注水泵的主要性能參數(shù)見表1。

表1 磁傳動增壓注水泵主要性能參數(shù)

3 機組的運轉(zhuǎn)性能參數(shù)測試

測試主要包括兩方面內(nèi)容:磁力傳動器的密封壓力、傳遞功率、傳動效率和泵的揚程、流量。

3.1 室內(nèi)性能試驗

首批樣機加工完成之后,在專用試驗臺架上分別進行了整機常壓供液和高壓供液的室內(nèi)性能試驗,試驗流程如圖3所示。

圖3 室內(nèi)試驗流程示意圖

試驗介質(zhì)為清水,壓力表2、5分別測量泵的進出口壓力,流量計3用以測量泵的流量,加載控制閥6用來控制泵的工況參數(shù),3ZB柱塞泵8為被測試泵提供所需的入口壓力。

供液泵將來自儲液罐的介質(zhì)升壓后供給磁傳動泵,試驗介質(zhì)經(jīng)磁傳動泵后,通過壓力控制閥控制,經(jīng)計量儀表后返回儲液罐。如此反復(fù)循環(huán),測試泵的工作性能參數(shù)。試驗用電器儀表測算出電動機軸功率,然后根據(jù)泵的額定工況點的揚程、流量和效率等測算出泵的軸功率,最后計算出磁力傳動器的功率和傳動效率。

3.2 室內(nèi)試驗結(jié)果

以CCDB200/15型(90kW)磁傳動增壓注水泵為例說明,表2列出了其室內(nèi)試驗部分測試資料及試驗結(jié)果,圖4為本套試驗樣機的泵性能曲線圖。

室內(nèi)試驗過程中,CCDB200/15型泵的入口壓力最高達16MPa,排量199.46m3/d,揚程1587.64m,磁力傳動器選用90kW,效率80.4%。

表2 CCDB200/15型磁傳動增壓注水泵性能參數(shù)測試記錄

圖4 CCDB200/15型磁傳動增壓注水泵性能曲線圖

4 結(jié) 論

近幾年來,CCDB系列磁傳動增壓注水泵在勝利油田濱南采油廠采油二礦、采油四礦和東辛采油廠采油二礦、遼河油田錦州采油廠采油二大隊等地投入了使用。截至目前,在現(xiàn)場已經(jīng)應(yīng)用幾十套。

從現(xiàn)場試驗可以看出,在相同的現(xiàn)場工作條件下,磁傳動增壓注水泵與柱塞泵相比,無論在相同工作壓力下,還是在增壓工作環(huán)境中,連續(xù)工作時間長,抗干擾能力顯著增強。其結(jié)構(gòu)性能符合設(shè)計指標,工作穩(wěn)定性、可靠性及使用壽命良好,對油井的增產(chǎn)效果明顯,取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益,有良好的推廣應(yīng)用價值。磁力傳動增壓系統(tǒng)解決了油田現(xiàn)有注水設(shè)備的不足,豐富了注水設(shè)備種類,擴大了現(xiàn)場使用的范圍。

[1] 徐文芹,郝惠欣,C.L.Johnson.國外油田增壓注水設(shè)備的技術(shù)水平與發(fā)展[J].國外石油機械.1995,6(2)

[2] 唐 建,曹耀峰,李繼志,等.國產(chǎn)增壓注水泵的現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].石油礦場機械.1995,24(1)

[3] 李飛明,張祖良,張建偉,等.磁傳動增壓注水泵磁力傳動器的設(shè)計[J].石油礦場機械,2002,31(5)

·專利技術(shù)·

專利名稱:智能型環(huán)境綜合監(jiān)測儀

專利申請?zhí)?CN200620012214.1

公開號:CN2935158

申請日:2006.04.20

公開日:2007.08.15

申請人:林光漫;劉屹立;吳繼治

本實用新型公開一種智能型環(huán)境綜合監(jiān)測儀,包括外殼和外殼內(nèi)的MCU微控制器、轉(zhuǎn)換電路、采樣/保持模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等,其特點為還包括壓力傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、噪音傳感器、人工煤氣天然氣傳感器、液化石油氣傳感器、酒精傳感器、一氧化碳傳感器,操作鍵盤上的相應(yīng)按鍵使MCU微控制器控制相應(yīng)傳感器的進行檢測,檢測信號由轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為變化的電壓信號;轉(zhuǎn)換后的電壓信號經(jīng)放大電路放大、采樣/保持模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的模/數(shù)轉(zhuǎn)換,送顯示模塊,并顯示,當檢測的環(huán)境噪音、酒精濃度、液化石油氣濃度、天然氣人工煤氣濃度、一氧化碳濃度出現(xiàn)大于等于額定值時,會自動顯示且發(fā)出聲、振動、光示警。具有功能全、便于攜帶等特點。

(杭州市科技信息研究院 王元蓀提供)

TE377

B

1004-9134(2010)02-0006-03

2009-08-15 編輯:姜 婷)

劉新巖,男,1978年生,工程師,2001年畢業(yè)于佳木斯大學(xué)機械電子工程專業(yè),2008年取得上海交通大學(xué)機械工程工程碩士學(xué)位,具有多年電潛泵研發(fā)經(jīng)驗,現(xiàn)從事油田油氣技術(shù)開發(fā)的國際市場拓展工作。郵編:100088