張輝英

（大港油田采油工藝研究院，中國(guó) 天津 300280）

注水是將水注入某一油層或少數(shù)氣層，以此提高油氣采收率的工藝過程。它是通過維持較高的油層壓力水平。或通過井眼吸水層位使水通過油層，靠物理驅(qū)替作用，把油驅(qū)替到生產(chǎn)井井眼中完成的。注水是一工藝系統(tǒng)，包括注水水源、注水站、注水井口以及注水管道等。其中注水站是油田注水系統(tǒng)負(fù)荷中心，主要分離心泵注水站和柱塞泵注水站。

1 注水泵的選擇

1.1 離心泵

離心泵靠葉輪旋轉(zhuǎn)速度把機(jī)械能傳給液體，使液體能增加。通常泵有幾級(jí)，就能增加幾次。它具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、流量穩(wěn)定和運(yùn)轉(zhuǎn)方便等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)的離心泵通常使用在注水量較大、注水壓力較小、且壓力較為穩(wěn)定的工況下。一般壓力小于20MPa。

1.2 柱塞泵

在油田注水中經(jīng)常使用的往復(fù)式柱塞泵，是容積泵的一種，是柱塞泵注水站的核心。它是依靠泵體容積的變化，由往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，擠壓液體，使液體能增加。它通過不斷吸入和擠出液體，實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的輸送。如果柱塞尺寸一定，在大值域的出口壓力下，流量不發(fā)生明顯的變化。其泵效較離心泵較高。目前國(guó)內(nèi)的柱塞泵通常使用在注水壓力較大、注水量較小的工況下。通常柱塞泵單臺(tái)流量小于100m3/h。

1.3 離心泵與柱塞泵的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

柱塞泵與離心泵相對(duì)比的優(yōu)點(diǎn)是：排出壓力較高，尤其是泵效高；但它存在著震動(dòng)大、故障頻率高的缺點(diǎn)。

而離心泵運(yùn)行較為平穩(wěn)。對(duì)于位于野外的個(gè)別井口，可選用離心式增壓泵，單獨(dú)增壓。此時(shí)，將離心泵露天放置，可不設(shè)罩棚或撬裝房，較為簡(jiǎn)便。

下面以一注水壓力20MPa、流量為2000m3/d 的區(qū)塊為例，對(duì)離心泵與柱塞泵的優(yōu)缺點(diǎn)做一對(duì)比，見表1：

表1 2000m3/d 離心泵、柱塞泵的費(fèi)用對(duì)比

通過以上費(fèi)用對(duì)比，依據(jù)費(fèi)用限值小為優(yōu)的原則，在注水流量較小的情況下，選用柱塞泵更具有優(yōu)勢(shì)。而且泵臺(tái)數(shù)較少，便于維修管理。所以，在小流量下，選用柱塞泵更為合理。

2 柱塞泵的安裝設(shè)計(jì)

柱塞泵房的安裝包括注水機(jī)組安裝、泵房管道敷設(shè)、閥組等各部分的安裝，并實(shí)現(xiàn)各部分間協(xié)調(diào)、緊湊、流程流暢。整體上應(yīng)工藝合理，并與場(chǎng)區(qū)相關(guān)專業(yè)的管網(wǎng)協(xié)調(diào)布置。

2.1 泵房震動(dòng)的原因分析及解決辦法

柱塞泵借助柱塞在缸套中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)排出水量，如果想提高出水量，必將加大柱塞的直徑，以及提高缸套的數(shù)量，方能實(shí)現(xiàn)。勢(shì)必將導(dǎo)致脈沖運(yùn)動(dòng)量增大，由此引發(fā)泵體的震動(dòng)較大。通常情況下，柱塞泵震動(dòng)大于離心泵。為減少震動(dòng)，在管到安裝上，可以采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

首先，地面管線部分，在注水泵單泵進(jìn)、出口的管路上，注水泵單泵出口管路的彎頭，避免選用直角彎頭或R=1.0 D 的短半徑彎頭。建議選用R=2.5D 的大半徑彎頭，盡可能減少水流對(duì)彎頭的沖擊，減少震動(dòng)。

其次，注水主干線盡可能減少管線在地面上的部分，采用埋地敷設(shè)的方式。

當(dāng)采用地下敷設(shè)時(shí)，可使地面管道減少，空間加大，管道布置整齊，泵房操作空間適度，巡回檢查生產(chǎn)管理方便。地下布置注水管線，還有一個(gè)更為主要的優(yōu)勢(shì)在于，通過土壓，減少震動(dòng)的可能性。而且，即便管道設(shè)計(jì)為埋地，對(duì)埋地管線也需要設(shè)關(guān)卡，竭盡可能地減少震動(dòng)的因素。

此外，在柱塞泵的單泵進(jìn)口管線上，加設(shè)金屬軟管，也能對(duì)緩沖水流對(duì)泵的沖擊，減少蹦的震動(dòng)。

2.2 注水泵出口管路安全閥的安裝

注水泵出水主干管上，應(yīng)安裝安全閥。安全閥用于設(shè)備、管路和容器作超壓保護(hù)，安全閥的整定壓力值應(yīng)低于設(shè)備容器和管路壓力與允許工作壓力。柱塞泵屬容積泵，如果在柱塞泵體上不帶安全閥，在靠近泵的出口管段上必須安裝安全閥。因?yàn)槿莘e泵與離心泵不同，在操作不當(dāng)（如出口管路為打開就啟泵）的情況下，可能使出口管路出現(xiàn)超壓，造成系統(tǒng)的損壞，因此，需要在靠近泵的出口管段上安裝安全閥。如果安全閥的泄放端是直接引導(dǎo)了泵房外，既不安全，也不環(huán)保，因此，安全閥的泄放端宜與泵的入口端管道連接。

2.3 注水泵房檢修空間的優(yōu)化

油田注水用柱塞泵體型龐大，需要的檢修空間相對(duì)較大，運(yùn)行時(shí)聲音較高。如果將泵房改為便于檢修的罩棚，當(dāng)離生活區(qū)、辦公區(qū)較近時(shí)，可能產(chǎn)生噪音危害。此時(shí)不僅不應(yīng)采用罩棚，還需要在注水泵房?jī)?nèi)設(shè)吸音設(shè)施。泵房安裝設(shè)計(jì)時(shí)，為了滿足檢修的需要，通常整個(gè)房間設(shè)一個(gè)車行大門，在對(duì)應(yīng)側(cè)設(shè)人行小門。將注水泵靠墻設(shè)置，只在留出一邊檢修通道。見圖1：

圖1 保留室內(nèi)操作安裝圖

這種布置，在泵電機(jī)端留出的檢修通道較大，操作場(chǎng)地較大，房間所需跨度較大。如果采用增開車行大門的方法，將泵檢修空間移至泵房外，室內(nèi)無需檢修空間。優(yōu)化之后，僅增加大門的數(shù)量，卻大大地減小房間跨度，減少泵房占地面積。詳見圖2。

圖2 泵房外檢修安裝圖

3 結(jié)語

根據(jù)工程的具體情況，分析對(duì)比，并結(jié)合工程的整體綜合效益，選擇離心泵或柱塞泵。在確定泵的種類后，也可選擇同種泵的不同規(guī)格。對(duì)柱塞泵的單泵進(jìn)口管路加設(shè)金屬軟管、出口采用大半徑彎頭以及將注水主干線埋地，都能減少注水泵的震動(dòng)。