解决增注泵排出水处理困难的研究与测试

于春玲 朱高科 周忠军 唐桂玲 魏鹏

摘 要：油田用高压增注泵是解决小断块低渗油藏完善注采井网的有效手段。但其运维管理方面的会存在一定的安全环保风险，其主要就是泵排出的污水处理的问题。如何将泵排出水进行更经济、更环保、更有效的处理，是各大油田需要精细摸索的。通过利用创新分析思维，为解决增注泵排出水的处理问题，提供了有效的方法，实现了增注泵排出水处理更环保的同时，降低了管理成本。对今后增注泵的运维管理具有较大的意义。

关键词：创新方法;分析;污水;环保

1 问题产生及初步分析

增注泵，与其他注水设备一样，其运维管理存在的主要问题就是泵漏失，而泵漏失的水大部分是经过联合站油水分离后的污水，污水中含有一定量的杂质、悬浮物和油污，如果增注泵的排出水不进行定期处理，不仅会造成井场水淹影响油田生产，更会因为长期暴露在地面严重影响周边环境，造成土壤和水源的污染，产生安全环保问题。

针对上述问题产生的原因，开展了分析讨论。对目前排出水的处理方法进行了精细剖析。

方法一是在周边建立污水池进行定期抽吸。这种方法有效解决了排出水油污污染地面造成的环保问题，从根本上排除了污水水淹地面的可能性，但仍然带来了一系列问题：一是污水池具有溢流、外溢的风险，特别是雨雪天气，拉运车无法进入井场;二是产生较高的拉运成本。

方法二是降低密封部位的漏失。这是降低污水排出的有效方法，能够从上游减少排除水量，避免一定的安全环保风险。其存在的主要问题是维修成本较高（5万元/年/台）。

因此对上述排出水处理方法进行了总结分析，认为两种方法均解决了增注泵排出水处理的一定问题，但就处理方法本身，其缺点是：存在一定的安全环保风险，额外增加了水处理成本，在一定程度上影响了注水时率。处理方法仍有较大的空间去提升和改善。

2 创新方法分析及求解

如何将增注泵排出污水的系列问题解决的更环保、更经济、更高效，是本项目的核心。通过积极选用tris理论等问题解决工具，开展头脑风暴，提出了可行性意见及相关方案。

2.1 应用因果链分析

项目攻关小组对排出水处理困难的问题进行分析，初步原因由增注泵排出水多、环保要求严、排出水处理成本高3个原因。通过应用因果链分析方法，最终得到11个导致排出水处理困难的原因，分别为：①自动化水平低;②地层高压低渗;③地层亏空严重;④盘根材质差;⑤密封段维修周期短;⑥泵轴易损坏;⑦水源为联合站处理后的污水，水质差;⑧增注泵地處卤池、盐田水不易下渗透;⑨粘土湿润且渗透率低，水不易下渗;⑩罐车拉运成本高;?维修材料费用高。

得到主要方案5个。

方案一：提高增注泵自动化水平，安装水流量监测仪、现场监控、水位监测仪等自动化监测仪器设备;

方案二：对地层进行储层改造，降低注入压力，降低注入难度;

方案三：提高盘根、泵轴材质性能;

方案四：用浅层清水代替联合站污水注入;

方案五：改良密封段，延长维修周期。

为解决增注泵排出水处理困难的问题，分两部分进行解决，第一部分是现状下，对排出水进行高效处理;第二部分是减少泵漏失量。

2.2 应用多屏幕法分析

在现有条件下，增注泵排出水的处理是一个非常现实而直接的问题。项目攻关小组针对上述问题，应用多屏幕法对现有水处理的方法，进行分析讨论，得出以下解决方案：

方案六：设计一个蒸发器加速蒸发;

方案七：建立一套污水收集系统，集中拉运;

方案八：将污水泵入集油系统;

方案九：水经过滤排入地下、河沟;

方案十：水经过滤泵入注水系统，或加热炉内，进行重复利用。

2.3 利用STC算子进行分析

盘根如何进行优化改良，利用STC算子进行分析如下：

①想象盘根尺寸无限大：应用一个大盘根，保证质量好，耐磨损即可;②想象盘根尺寸无限小：需要配套衬套，或加无限个盘根，满足需求;③想象盘根使用寿命过短：会导致水渗流过快，就需要建立污水收集槽;④想象盘根使用寿命过长：减少盘根使用量，降低盘根成本;⑤想象盘根成本较大：选用耐磨损性能好，耐用性强，强度够的盘根;⑥想象盘根成本较小：盘根无限更换，降低更换盘根劳动强度。

通过上述想象及分析，得出以下方案：

方案十一：选用耐磨性好、强度够、价格低的盘根。

方案十二：设计一种新型盘根盒及盘根座。

方案十三：降低更换盘根劳动强度。

2.4 利用小人法进行分析

通过STC算子这种方法对盘根进行了分析，得出结论后，继续针对盘根及泵轴这套简易系统进行形象化的思考。

第一种方法是将缝隙进行封堵，降低高压水的渗入量，从而减少排出水量;第二种方法是想办法将盘根进行挤压，减少盘根之间的缝隙，从而减少排出水量，可以利用高压水做到;第三种方法是改变盘根结构，使盘根在受到高压水的挤压后变形，自动贴附于壳体及泵轴。

得出三个方案：

方案十四：设计一种带有固体颗粒的密封脂。

方案十五：设计一种自压板，减少盘根间隙。

方案十六：应用泛塞封。

2.5 其他发明原理的应用

依据40个发明原理，可提出6个方案，具体如下：

①依据局部质量原理、组合原理提出方案二十：将泵轴进行拆分组装，把易损部位从主体分开，降低更换泵轴费用;②依据多用性原理，提出方案十七：盘根采用具有一定孔隙度的盘根，起到密封作用的同时，又能使水渗出，起到散热及润滑效果;③依据嵌套原理，提出方案十八：设计一种有嵌套的盘根盒;④依据组合原理，提出方案十九：设计一种可分开的盘根盒;⑤依据事先防范原理，提出方案二十：设计基于增注泵的监测装置;⑥依据变害为利原理，提出方案二十一：排出水过滤后重新利用。

3 技术方法评价结论

对上述提出的二十一套方案进行合并同类项并分析讨论，从安全环保性、经济性、实用性、可操作性三个角度，以“好、中、差”三个标准进行分类评价。

对上述方案进行总结归纳，产生6项成果，具体如下：

成果一：优选出新盘根材质为高强度、耐磨性强、有一定孔隙度、价格低的盘根--泛塞封;成果二：研发两种新型盘根盒，一是小盘根的盘根盒;二是一种可分开的盘根盒;成果三：研制成功新型可拆卸泵轴，并去掉格兰;成果四：研制成一种检测装置;成果五：调配成新型密封脂，并研制成密封脂加入工具;成果六：编制排出水泵入集油系统工艺方案，并予以实施。

4 经济效益评价

目前增注泵排出水困难的问题已解决取得了明显效果。主要有：

①有效减少罐车拉污水的次数，降低环境污染，减少不安全因素，节约拉运成本;②减少增注泵密封部位的漏失量，降低泵的维修费用及材料成本;③改变盘根盒内部结构、改变格兰的安装方式、改变泵轴、盘根的材质，从而减少盘根对泵轴的磨损，延长材料使用周期，降低增注泵的漏失量，减少更换次数，降低员工劳动强度。

经济效益方面：年减少罐车拉污水费用3.6万元。

运用密封脂等密封方式，能有效减少污水漏失量，减少拉运台班费用。节约材料成本、维修费用年节约10万元。改造前：增注泵内泵轴使用寿命短（60天）;价格高（2100元/根），一年需要用6根，成本支出是1.2万元;改造后：增注泵内泵轴使用寿命不变，价格仅200多元/根，此项一年成本支出是1200多元，成本能有效节约1万元。

盘根方面：一年一台泵仅盘根的费用是1.7万元;一年一台泵1350元，6台泵盘根成本能有效节约9.6万元。