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1绪论 1.l研究的目的和意义 油田注水系统是油田能耗大户，也是油田投资的主要领域之一，因此 开发高效注水设备，提高现有注水系统运行效率，对于降低油田生产成本 具有重要意义[’]。 早期注水是提高油田采收率的有效办法，通过人工注水可以提高地层 压力，使油层具有强有力的驱油条件，保持较高的油层压力，有效克服各 种阻力，达到长期稳产高产，而高压注水泵在注水工艺中起着重要的作用l2]。 由于我国不少油田为低渗透油藏，对高压注水泵的需求越来越多，因 而近几年往复式注水泵得到了迅速发展l3]。但由于现有注水泵普遍存在易损 件寿命短、正常运行时率低的问题，以胜利油田为例，增压注水泵的正常 运行时率仅为54.3%。且注水泵输出压力不能满足高压注水的需要，不少 油田要求注水压力大于45MPa，而目前广泛使用的往复式注水泵的注水压 力均小于4oMPa。因此，油田迫切需要寿命长、注水压力高的新型注水泵141。 柱塞泵在石油矿场主要作为压裂泵、固井水泥泵和注水泵。它们之间 只有压力和流量等性能参数的不同，结构和工作原理并无实质性区别。将 压裂液送入油井申，并借助高压在油层中造成裂缝，或使原油层裂缝扩大 的柱塞泵，称作压裂泵。将水泥浆注入油井，使套管与井壁牢固连接的柱 塞泵，称为水泥泵。向井内输送高压水，进入油层驱油和补充地层能量的 柱塞泵，称为注水泵[5l。 1.2国内外发展概况 注水是油田增产普遍采用的措施之一。油田开发后期大部分采用油层 注水，以保持油层压力，从而提高原油产量。随着钻井深度的增加，注水 油层也不断加深。近几年来国内各大油田的部分注水单井或区块高压欠注 问题日趋突出，促使人们逐渐认识到发展增压注水工艺的必要性。因此， 增压注水泵的发展也十分迅速，到目前为止，增压注水泵己初步形成离心 式、往复式两大类[61。 目前国内各油田大小不一，油藏类型多样，其配套的注水系统也各不相同。按注水系统能力分，有大站系统，以离心式注水泵为主。离心泵排 量大，维护简单，在注水量大、注水压力为16MPa的系统里被广泛采用， 是高渗透率、整装大油田的主力泵型。另有小站系统，以柱塞式注水泵为 主。柱塞泵具有扬程高、排量小、效率高、电力配套设施简单(指380v电 压系统)等特点，适用于注水量低、注水压力高的中低渗透率油田或断块油 田。近几年，针对高于系统压力的注水井点采用增压注水泵，是注水井增 注和提高系统效率的有效措施之一[7J。 近年来，国内外在往复泵的理论和试验研究、设计制造和选择使用方 面，做了许多工作。特别是三缸和多缸单作用柱塞泵在石油中的推广使用， 大大提高了工作效率。但由于石油工程用往复泵的工作条件十分恶劣，如 何提高泵易损件的工作寿命，更好地满足需要，是我们对往复式增压注水 泵设计和校核的关键。目前我国注水泵存在的主要问题: (l)注水泵运行效率问题 影响泵运行效率主要有以下因素141:①泵的制造和大修质量不高，使泵 运行效率下降。油田要求泵运行1万小时泵效下降不能超过2%。个别泵制 造质量或大修质量不高，导致泵运行效率下降超过标准。另外，有的泵运 行时间超过1万小时或2万小时后泵效下降超标仍在运行。②不能保持泵 在高效区运行。主要有两方面的原因:一是管理原因，即在供电系统不正 常情况下，为了保证设备安全生产，往往压低负荷，不能及时调整，使泵 运行偏离高效区;二是注水泵外部系统注水参数与泵性能运行参数不匹配。 若注水井采取不稳定注水，注水量在一定时间内变化较大，造成注水站开 泵台数的调节不适应，不得不用泵阀调节流量，致使泵运行偏离高效区。 为了提高泵的运行效率，一方面要推广系统管理方法，加强泵制造和大修 质量的管理。在运行管理上采用注水站自动监控系统，实现自动巡视、保 护、调节和打印资料功能，确保泵在高效区运行。另一方面是采用先进的 变频调速技术，目前38OV电压柱塞泵注水站正在推广应用，泵运行及节能 效果良好。通过采用变频调速技术取得了稳压注水和良好节能效果。 (2)注水泵寿命问题 注水泵寿命有两个概念:一是使用寿命，指从安装投产至设备报废的 周期年限。油田设备报废周期较长，一般在10年以上。二是正常运行寿命， 指泵运行过程中易损件使用寿命及按泵性能指标考核进行的大修期限。影响注水泵寿命的因素主要有水质、材质及加工装配质量。针对某些油田注 入水质的腐蚀、结垢现象，通过改善水质和泵前加防垢器;泵过流零部件 全部采用防腐材料，并提高加工装配质量，可以提高注水泵的运行寿命[’]。 (3)注水泵选型问题 各油田油藏类型多样，断块油田注水系统注水量较小，少数油田区块(注 水压力为16MPa)若选用高效率的柱塞泵，装泵台数少不能满足水量要求; 若选用离心泵(80一loom3/h)，则泵效仅61%一70%，达不到泵效大于75% 的标准要求[8]。 1.3Z