注水站注水泵房的设计

时间：2024-05-19

张辉英

（大港油田采油工艺研究院，中国天津 300280）

注水是将水注入某一油层或少数气层，以此提高油气采收率的工艺过程。它是通过维持较高的油层压力水平。或通过井眼吸水层位使水通过油层，靠物理驱替作用，把油驱替到生产井井眼中完成的。注水是一工艺系统，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统负荷中心，主要分离心泵注水站和柱塞泵注水站。

1 注水泵的选择

1.1 离心泵

离心泵靠叶轮旋转速度把机械能传给液体，使液体能增加。通常泵有几级，就能增加几次。它具有体积小、结构简单、易于制造、流量稳定和运转方便等特点。目前国内的离心泵通常使用在注水量较大、注水压力较小、且压力较为稳定的工况下。一般压力小于20MPa。

1.2 柱塞泵

在油田注水中经常使用的往复式柱塞泵，是容积泵的一种，是柱塞泵注水站的核心。它是依靠泵体容积的变化，由往复运动的活塞，挤压液体，使液体能增加。它通过不断吸入和挤出液体，实现对介质的输送。如果柱塞尺寸一定，在大值域的出口压力下，流量不发生明显的变化。其泵效较离心泵较高。目前国内的柱塞泵通常使用在注水压力较大、注水量较小的工况下。通常柱塞泵单台流量小于100m3/h。

1.3 离心泵与柱塞泵的优缺点对比

柱塞泵与离心泵相对比的优点是：排出压力较高，尤其是泵效高；但它存在着震动大、故障频率高的缺点。

而离心泵运行较为平稳。对于位于野外的个别井口，可选用离心式增压泵，单独增压。此时，将离心泵露天放置，可不设罩棚或撬装房，较为简便。

下面以一注水压力20MPa、流量为2000m3/d 的区块为例，对离心泵与柱塞泵的优缺点做一对比，见表1：

表1 2000m3/d 离心泵、柱塞泵的费用对比

通过以上费用对比，依据费用限值小为优的原则，在注水流量较小的情况下，选用柱塞泵更具有优势。而且泵台数较少，便于维修管理。所以，在小流量下，选用柱塞泵更为合理。

2 柱塞泵的安装设计

柱塞泵房的安装包括注水机组安装、泵房管道敷设、阀组等各部分的安装，并实现各部分间协调、紧凑、流程流畅。整体上应工艺合理，并与场区相关专业的管网协调布置。

2.1 泵房震动的原因分析及解决办法

柱塞泵借助柱塞在缸套中做往复运动排出水量，如果想提高出水量，必将加大柱塞的直径，以及提高缸套的数量，方能实现。势必将导致脉冲运动量增大，由此引发泵体的震动较大。通常情况下，柱塞泵震动大于离心泵。为减少震动，在管到安装上，可以采取适当的措施。

首先，地面管线部分，在注水泵单泵进、出口的管路上，注水泵单泵出口管路的弯头，避免选用直角弯头或R=1.0 D 的短半径弯头。建议选用R=2.5D 的大半径弯头，尽可能减少水流对弯头的冲击，减少震动。

其次，注水主干线尽可能减少管线在地面上的部分，采用埋地敷设的方式。

当采用地下敷设时，可使地面管道减少，空间加大，管道布置整齐，泵房操作空间适度，巡回检查生产管理方便。地下布置注水管线，还有一个更为主要的优势在于，通过土压，减少震动的可能性。而且，即便管道设计为埋地，对埋地管线也需要设关卡，竭尽可能地减少震动的因素。

此外，在柱塞泵的单泵进口管线上，加设金属软管，也能对缓冲水流对泵的冲击，减少蹦的震动。

2.2 注水泵出口管路安全阀的安装

注水泵出水主干管上，应安装安全阀。安全阀用于设备、管路和容器作超压保护，安全阀的整定压力值应低于设备容器和管路压力与允许工作压力。柱塞泵属容积泵，如果在柱塞泵体上不带安全阀，在靠近泵的出口管段上必须安装安全阀。因为容积泵与离心泵不同，在操作不当（如出口管路为打开就启泵）的情况下，可能使出口管路出现超压，造成系统的损坏，因此，需要在靠近泵的出口管段上安装安全阀。如果安全阀的泄放端是直接引导了泵房外，既不安全，也不环保，因此，安全阀的泄放端宜与泵的入口端管道连接。

2.3 注水泵房检修空间的优化

油田注水用柱塞泵体型庞大，需要的检修空间相对较大，运行时声音较高。如果将泵房改为便于检修的罩棚，当离生活区、办公区较近时，可能产生噪音危害。此时不仅不应采用罩棚，还需要在注水泵房内设吸音设施。泵房安装设计时，为了满足检修的需要，通常整个房间设一个车行大门，在对应侧设人行小门。将注水泵靠墙设置，只在留出一边检修通道。见图1：

图1 保留室内操作安装图

这种布置，在泵电机端留出的检修通道较大，操作场地较大，房间所需跨度较大。如果采用增开车行大门的方法，将泵检修空间移至泵房外，室内无需检修空间。优化之后，仅增加大门的数量，却大大地减小房间跨度，减少泵房占地面积。详见图2。

图2 泵房外检修安装图