某油田解决注水泵泵体高温的技术应用

史毓泉，吴慧锋，代齐加

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津300459)

1 研究背景

在油田的开采过程中，注水泵是重要的设备之一，也是能源消耗的主要设备之一[1]。

某油田生产设施分为A、B两座平台，其中A 为中心生产平台，配备有完备的生产水处理流程，B为附属井口平台。在A 平台中生产分离器分离出的水和水源井水经过斜板除油器、容气式浮选器、核桃壳过滤器、双介质过滤器处理后进入注水缓冲罐，通过注水泵注入地层(图1)。

该油田注水泵为多级离心泵，额定排量190 m3/h，油田试运行初期注水井投用数量少，配注量仅为25 m3/h，二者之间存在较大差值，注水井配注量小与注水泵排量大矛盾严重。为维持注水泵正常运转需打开泵出口管线回流阀，在注水泵出口阀门小开度工况下，通过泵做功，流体会有升温，升温后的水回流至注水泵入口造成泵体温度升高，导致泵无法运转(表1)。

图1某油田A平台生产水及注水系统流程图Fig.1 Flow chart of production water and water injecttion system of platform a in an oilfield

表1试注期间温度数据Tab.1 Temperature data during test injection

为保证油田注水系统高效运行，同时降低能耗，使水系统正常运转、注水井稳定注水，注水泵能保持正常功效使用成为急需解决的问题。

2 原因分析

图2注水泵性能曲线Fig.2 Performance curve of water injection pump

注水井配注量小与注水泵排量大这一矛盾严重是在新油田试运行初期出现的问题，强化注水管理、提高注水设备的运行效率对降低油田生产成本有重要意义[2]。按照注水泵的相关参数及性能曲线(图2)，维持注水泵运转的最小排量为额定排量的35%(66.5 m3/h)。该油田生产水和注水流程未设置冷却器，原有设计流程无法解决注水泵入口流体降温的问题。因此从工艺流程角度分析，控制注水缓冲罐温度，尽量减少注水泵出口回流至注水缓冲罐水量，同时给回流水降温是解决注水时泵体高温问题，保证水系统正常运转、注水井稳定注水的关键所在。

3 解决措施

3.1 利用原油流程及外输海管的置换流程作为水源井的换热器

该油田水源井的水按照原设计应该直接进入斜板处理，为了使其降温需要走其他路径。生产分离器的操作温度为80 ℃，在不影响分离器本身及下游平台处理效果的前提下，将操作温度调低至75 ℃。将水源井的水倒为外输海管置换流程，暨加热器入口，进入生产分离器处理，分离出来的水进入斜板，起到给水源井降温的作用，同时也起到了给原油加热的作用，降低了锅炉负荷(图3)。

图3 注水泵入口流体降温流程图Fig.3 Flow chart of fluid cooling at inlet of water injecttion pump

3.2 利用B平台至A平台混输海管置换流程作为注水泵的大回流和冷却器

在注水泵出口阀门小开度工况下，通过泵做功，流体会有温升，为避免升温后的水回流至注水泵入口造成温度升高，我们利用B平台至A 平台混输海管置换流程，将部分注水海管的水通过混输海管回流至A 平台原油流程(图4)。此做法既替代了原有注水泵回流流程，又起到了回流水降温的作用[3]。

图4 注水泵出口流体降温流程图Fig.4 Flow chart of fluid cooling at outlet of water injecttion pump

3.3 连接至生产/计量管汇作为临时替代方案

针对泵排量大和配注量小的矛盾，在以上改造尚未完工前，改造回注水的洗井管汇的流程作为临时的使用方式，连接至生产/计量管汇。该方案一方面可以替代原有注水泵回流流程，另一方面实现原油流程对回流水的降温。

注水泵出口回流至生产管汇流程为：注水泵—洗井管汇角阀—井口区洗井管汇—生产管汇预留口(图5)。

图5 临时替代方案示意图Fig.5 Schematic diagram of temporary alternatives

通过采取以上3种探究降温的措施后，注水泵成功稳定运转，生产水及注水系统各设备实际温度值均在正常操作值范围内(表2)。

4 结论

通过现场生产实际和数据认真分析。依托平台现有流程，开展流程优化改造工作，有效解决了大排量多级离心泵在小排量注水时泵体高温问题。该改造工作一方面没有任何经济投入，最终实现了注水井的注水，使受益的油井达到了注采平衡，维持了产量稳定。另一方面通过水源井水和注水泵回流的水进入原油流程，起到了与原油换热的作用，将锅炉能耗日用气减少2000 m3/d。

本项目也为后续新油田流程设计提供了新的参考，利用原油流程作为水源井的换热器代替板式换热器，设计简易、成本低、安全可靠，同时此流程可用于海管暖管、置换等多项应急处理。