注水泵報警裝置研制及應(yīng)用

王宇 姜殿軍 徐凱

摘要? 對柱塞式注水泵現(xiàn)有自動化運行使用的報警連鎖裝置進(jìn)行分析，指出其潛在的風(fēng)險。為此，制定解決方案：選用了一種水導(dǎo)電報警裝置和紅外感應(yīng)裝置來實現(xiàn)柱塞式注水泵自動化運行和監(jiān)控，降低了原有注水泵系統(tǒng)中的風(fēng)險。

關(guān)鍵詞? 柱塞式注水泵 刺漏 皮帶斷裂 機(jī)油乳化

目前，國外大石油公司普遍實現(xiàn)了油田生產(chǎn)自動化管理，單井包括地面、地下的主要參數(shù)均實現(xiàn)了自動化采集和自動開關(guān)井;泵站系統(tǒng)基本實現(xiàn)了自動化數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)過程自動化控制，百萬噸油田的操作人員基本在50人左右?？梢哉f，油田生產(chǎn)自動化在國外已經(jīng)應(yīng)用十分成熟和普遍。近年來，我國自動化系統(tǒng)進(jìn)展明顯加快，資金投入大幅度提高，油田生產(chǎn)自動化系統(tǒng)的規(guī)模和檔次有了一個質(zhì)的飛越。

油田注水是油田中期保持高效穩(wěn)產(chǎn)的有力措施。其方法就是通過注水，進(jìn)而恢復(fù)甚至增大地層壓力，使地層流體壓力大于井筒內(nèi)靜液壓力，從而達(dá)到開采出油氣的目的，由于油田每個區(qū)塊注水量隨開采的變化需要經(jīng)常調(diào)整，油田注水普遍采用柱塞式注水泵，通過回流與變頻控制。注水開采是冀東油田現(xiàn)階段主要開采方式之一，柱塞式注水泵是冀東油田注水開采最常用的泵種。

1、背景介紹

油田集輸站要將各個采油隊輸來的原油集中進(jìn)行管線運輸、油罐存儲，完成對來油、輸油及有關(guān)儲油量的計算和盤存管理。在此過程中，對含水的原油要進(jìn)行脫水工藝處理，這樣就形成了原油集輸?shù)娜舾蓚€工藝處理過程。在開采原油時，要想地下注入一定比例的水，以防止底層下陷。

柱塞式注水泵作為油田注水采油的升壓設(shè)備，在工作中始終處于不間斷的高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)。凡爾總成作為柱塞式注水泵的重要組成部件，通過凡爾總成閥片的開啟與關(guān)閉，實現(xiàn)注水泵低壓進(jìn)水，高壓排水的工作。目前冀東油田大部分場站已經(jīng)實現(xiàn)了自動化普及和運行，大大減少了人員夜間巡查的強度，常見的柱塞式注水泵采用的報警裝置有高低壓報警及連鎖裝置，部分場站柱塞式注水泵加裝了電機(jī)溫度檢測連鎖裝置實現(xiàn)對機(jī)泵和人員的保護(hù)，但現(xiàn)場過程中仍存在很多潛在風(fēng)險，很多故障發(fā)生時，人員有時無法從遠(yuǎn)傳信號來判斷具體故障，貿(mào)然傳入會造成人員傷害。

2、存在問題

注水泵凡爾總成盤根位置發(fā)生泄漏量過大造成排水槽水位過高或注水泵動力端油封位置漏油造成的乳化物堵塞排水槽等這些問題造成水進(jìn)入機(jī)油箱造成機(jī)油乳化問題會增加維修成本，直接減少該區(qū)塊的注水時效，間接影響了該區(qū)塊油井注水開采的產(chǎn)能;注水泵動力總成壓蓋經(jīng)常拆裝更換盤根造成的絲扣磨損嚴(yán)重進(jìn)而造成刺漏問題，嚴(yán)重時高壓液體噴射會造成設(shè)備的損壞和威脅人員的生命安全;注水泵長期運行水垢及管壁縮徑嚴(yán)重造成的單流閥無法實現(xiàn)其功能性，一旦注水泵皮帶出現(xiàn)斷裂注水泵無法給井口供水造成的井口壓力回頂進(jìn)口，此時由于出口壓力就是井口壓力，注水泵無保護(hù)連鎖，進(jìn)一步造成進(jìn)口管線刺漏及注水泵機(jī)組、喂水泵機(jī)組的損壞和人身傷害問題。

3、解決方案

針對注水泵自動化管理運行會出現(xiàn)的風(fēng)險，筆者提出了相應(yīng)的解決方案。

方案一，在原有基礎(chǔ)加大管理制度加密人員巡檢。但此方法受人員自身技能和素質(zhì)影響較大，收效不大且仍有時間空隙無法全天覆蓋。

方案二，將原有攝像頭更改為360°高清攝像頭。但此方法對監(jiān)控人員又加大了工作強度，且攝像頭有盲區(qū)，無法反應(yīng)較為細(xì)微的細(xì)節(jié)，如排水槽堵塞、盤根、機(jī)油漏失情況等。

方案三，在原有的自動化系統(tǒng)基礎(chǔ)上增設(shè)水導(dǎo)電報警裝置和外紅感應(yīng)裝置，并通過布線和調(diào)試將信號接入現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)出現(xiàn)情況-報警-緊急連鎖動作的環(huán)節(jié)。

水導(dǎo)電報警裝置為兩根導(dǎo)芯線相互纏繞在一起，螺旋結(jié)構(gòu)使得檢測線牢牢嵌入線軸之中，且檢測線的護(hù)套由快干材料制成，只需將濕水電纜擦干即可快速恢復(fù)到正常狀態(tài)，檢測線離檢測水平面有0.8mm的間隙，借助液體的虹膜虹吸原理，微量的水粉就可以被吸附接觸到檢測芯。由于非純水也是一種導(dǎo)電性物質(zhì)，經(jīng)過水的微弱電流（2ma左右）使電路產(chǎn)生電壓變化，從而發(fā)出報警。該裝置可根據(jù)測量需求調(diào)節(jié)靈敏度，最小可檢測水滴。

紅外感應(yīng)裝置根據(jù)實際情況我們又選擇兩種裝置，即安裝在皮帶中間位置的放散式紅外裝置和上下互感的對射紅外線裝置，皮帶斷裂后由于信號無反射或有投射可根據(jù)情況設(shè)定開路還是通路報警（常開：沒有物體擋住時，一直處于斷開狀態(tài)，有物體擋住時，開關(guān)閉合;常閉：沒有物體擋住時，一直處于閉合狀態(tài)，有物體擋住時，開關(guān)斷開），可以實現(xiàn)皮帶斷裂后及時發(fā)出報警，實現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)避免出現(xiàn)注水泵上游管線刺漏和機(jī)泵的損毀。

該方案中兩套設(shè)備全部采用24v電源，無需串聯(lián)繼電器，無需再行鋪設(shè)電源線，使用環(huán)境溫度為-25℃～+65℃，相對濕度為35～95%HR，基本滿足油田運行現(xiàn)狀，測試一定周期后未出現(xiàn)傳感失真和不工作情況，工作狀態(tài)穩(wěn)定。

5、應(yīng)用效果

2021年利用集輸隊的2臺柱塞式注水泵進(jìn)行設(shè)備設(shè)施的安裝和調(diào)試，實現(xiàn)了對注水泵多點位自動化運行的監(jiān)控。改造前，注水泵機(jī)油乳化、排水溝堵塞問題較為明顯，5月單月機(jī)油乳化為1次，排水溝堵塞問題為5～7次。改造完后問題出現(xiàn)次數(shù)大大減少，基本在早期已經(jīng)報警治理。報警設(shè)備通過485遠(yuǎn)傳信號線傳至儀表機(jī)柜室后經(jīng)DCS系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)字監(jiān)控電腦顯示為電腦軟件的模塊信號報警，實現(xiàn)員工可以遠(yuǎn)距離監(jiān)控和了解柱塞式注水泵的具體參數(shù)和運行情況。