劉碩

摘 要：屏蔽電泵是二氧化碳驅(qū)油中注入環(huán)節(jié)的重要部分，由于液態(tài)二氧化碳的不穩(wěn)定性，極易汽化并形成固態(tài)干冰，嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。區(qū)別于其他液態(tài)介質(zhì)（油、水等），二氧化碳驅(qū)采油在國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例較少。本文從工況介質(zhì)、工藝流程、二方面入手并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，摸索出屏蔽電泵穩(wěn)定高效運(yùn)行的應(yīng)用實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：屏蔽電泵；液態(tài)二氧化碳；工藝分析

1 影響屏蔽電泵運(yùn)行穩(wěn)定性分析

1.1 工況介質(zhì)自身特性影響分析

①根據(jù)二氧化碳相態(tài)表，液態(tài)二氧化碳?jí)毫?.0MPa，溫度-20℃。常壓下不存在液態(tài)二氧化碳，當(dāng)屏蔽泵進(jìn)口打開(kāi)，液態(tài)二氧化碳從管道進(jìn)入泵體后，泵體及后段管道壓力和溫度情況處于常壓和室溫，以及管徑不同的變化，這種情況下，處于失壓狀態(tài)的液態(tài)二氧化碳會(huì)吸收自身熱量，一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)二氧化碳，一部分由于失去熱量形成固態(tài)二氧化碳，即干冰。分析得出，在起泵前，開(kāi)啟屏蔽泵進(jìn)口閥門(mén)后，泵體內(nèi)就已存在固態(tài)粉末狀干冰和氣態(tài)二氧化碳，氣體和固體的存在會(huì)直接導(dǎo)致葉輪無(wú)法正常工作，此時(shí)啟動(dòng)設(shè)備，屏蔽泵是無(wú)法正常起壓的；②二氧化碳儲(chǔ)罐所存液態(tài)介質(zhì)參數(shù)變化的影響分析：本站二氧化碳儲(chǔ)罐包括2座100m3的臥罐及2座650m3的球罐，共計(jì)4臺(tái)儲(chǔ)罐：a.儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)有保溫層，但仍會(huì)緩慢吸收周圍環(huán)境熱量，造成罐內(nèi)二氧化碳吸收熱量汽化，造成罐內(nèi)壓力不斷升高，溫度上升；設(shè)定為超過(guò)2.1MPa電動(dòng)閥會(huì)開(kāi)啟泄壓；b.隨著正常注入的進(jìn)行，罐存液位下降，罐內(nèi)壓力也會(huì)隨之下降；溫度也會(huì)隨之變化；c.維持罐內(nèi)正常生產(chǎn)運(yùn)行的壓力及溫度主要依靠液態(tài)二氧化碳拉液罐車維持，當(dāng)罐車向儲(chǔ)罐內(nèi)卸液時(shí)，液位上升，壓力上升，溫度下降；綜上所述，儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的壓力和溫度會(huì)隨著季節(jié)、液位變化、卸車而發(fā)生變化，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，罐內(nèi)壓力變化范圍在1.7MPa～2.1MPa之間，溫度變化范圍在-19℃～-23℃之間；結(jié)合第一條影響原因分析，儲(chǔ)罐內(nèi)液態(tài)二氧化碳?jí)毫υ降?，溫度越高，在啟泵時(shí)，越容易汽化生成氣體和干冰。

綜上所述：由于介質(zhì)液態(tài)二氧化碳自身的不穩(wěn)定特性，失壓形成固態(tài)干冰和氣態(tài)，是造成喂液泵不起壓的直接原因。

1.2 工藝流程節(jié)點(diǎn)影響分析

①屏蔽電泵由于其沒(méi)有電機(jī)風(fēng)扇，因此屏蔽泵運(yùn)行時(shí)依靠介質(zhì)液態(tài)二氧化碳進(jìn)行降溫，因此屏蔽泵單獨(dú)有條用于冷卻降溫的工藝管線，屏蔽泵冷卻回流工藝管線原設(shè)計(jì)為由屏蔽泵尾部出，向下垂直走向，極易造成干冰積聚，通道截面變小導(dǎo)致堵塞，進(jìn)而屏蔽泵由于冷卻管線運(yùn)行不暢，泵體溫度升高，液態(tài)二氧化碳吸熱汽化形成氣蝕現(xiàn)象，造成不起壓；②工藝管路上閥門(mén)開(kāi)度影響分析：工業(yè)化屏蔽泵額定排量40m3/h，根據(jù)現(xiàn)有配注，工業(yè)化配注每小時(shí)注入約10m3，多余排量的液態(tài)二氧化碳從注入泵低壓回流返回儲(chǔ)罐。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)，低壓回流閥門(mén)開(kāi)度大小會(huì)影響到屏蔽泵載荷，運(yùn)行電流會(huì)隨著開(kāi)度的增大而增大，該閥門(mén)不可關(guān)閉，如關(guān)閉會(huì)直接導(dǎo)致屏蔽泵不起壓。屏蔽泵屬于離心泵的一種，單葉輪式泵，在常規(guī)的油水離心泵使用經(jīng)驗(yàn)中，此類型泵可以通過(guò)出口閥門(mén)開(kāi)度的大小控制流量，在實(shí)際應(yīng)用到液態(tài)二氧化碳為介質(zhì)的屏蔽泵上時(shí)，當(dāng)出口閥門(mén)開(kāi)度在5圈以下時(shí)，同樣會(huì)直接導(dǎo)致屏蔽泵不起壓；③工藝管路部分節(jié)點(diǎn)影響分析：a.屏蔽泵進(jìn)口設(shè)有Y型過(guò)濾器，其中的過(guò)濾網(wǎng)呈45°角斜插工藝管路中，由于過(guò)濾網(wǎng)的存在，相當(dāng)于通道截面積變小，液體二氧化碳在通過(guò)時(shí)，流速變大、壓力變小、局部形成干冰和氣體，進(jìn)而形成連鎖反應(yīng)，結(jié)合原因分析第一條，造成不起壓；b.屏蔽泵出口設(shè)有止回閥，設(shè)計(jì)為旋啟式止回閥，止回閥閥瓣的存在同樣起到了通道截面積發(fā)生變化，同時(shí)介質(zhì)需克服閥門(mén)重力做功，部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，介質(zhì)局部溫度升高，發(fā)生汽化，進(jìn)而形成連鎖反應(yīng)，結(jié)合原因分析第一條，造成不起壓；綜合分析，工藝管路上存在截面積發(fā)生變化，截面積變小、流速變大、根據(jù)流體力學(xué)伯努利原理，（p+1/2ρv2+ρgh=C），動(dòng)能+重力勢(shì)能+壓力勢(shì)能=常數(shù)，壓力降低，會(huì)造成液態(tài)二氧化碳失壓，局部形成固體粉末狀干冰和二氧化碳?xì)怏w，當(dāng)積累到一定體量時(shí)，引起連鎖反應(yīng)，造成喂液泵不起壓。

2 運(yùn)行控制措施

根據(jù)影響因素進(jìn)行探討和研究，針對(duì)主要原因制定對(duì)策如下：

①喂液泵啟停時(shí)間間隔影響，停泵時(shí)間在24h以內(nèi)，不放空，不關(guān)閉進(jìn)出口閥門(mén)利用介質(zhì)維持泵體溫度，縮短啟泵放空用時(shí)；②注入泵低壓回流閥門(mén)、屏蔽泵出口開(kāi)度大小影響，閥門(mén)開(kāi)度保持全開(kāi)，保證屏蔽泵不憋壓；③人員頻繁啟停泵，制定針對(duì)性操作規(guī)程，至少放空15min以上再啟泵，避免惡性循環(huán)，延長(zhǎng)起壓時(shí)間；④工藝流程節(jié)點(diǎn)中，拆除Y型過(guò)濾器網(wǎng)，止回閥閥瓣，增加管道截面積，減少對(duì)介質(zhì)影響

3 結(jié)論與建議

目前工業(yè)化屏蔽泵起壓平均成功率在90%左右，平均用時(shí)20min，效果顯著，大大縮短了啟泵所用時(shí)間，提高了運(yùn)行穩(wěn)定性。

結(jié)合液態(tài)二氧化碳注入生產(chǎn)的獨(dú)有特點(diǎn)，摸索前進(jìn)，為二氧化碳注入工作提供齊全準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)資料，對(duì)其做到精確把控，全面分析，提高注入系統(tǒng)的注入效率。

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