试论我国油田注水设备技术现状和未来发展之路

摘 要：本文主要对柱塞泵、油田离心泵等常用的注水设备以及增压注水、变频调速等油田开采中常用到的技术等多了分析，阐述了这些设备和技术在我国的现状，针对现状的分析，指出了我国油田注水设备和技术应当发展的方向，以期取得抛砖引玉之效果。

关键词：注水设备 注水技术 现状 发展方向

作为保持油层压力、降低原油递减率的主要措施，注水在油田开采中的作用不言而喻，注水泵机组是油田注水的关键设备。自20世纪中期注水开发作为提高油田采油速度和采收率的主要方法以来，科研人员就在注水设备的标准化、系列化、长寿命和高可靠性方面进行了大量的研究，取得了一系列的科研成果。笔者旨在通过对国内外注水设备应用现状的分析，提出发展方向，以促进油田注水设备技术的发展。

一、我国注水设备和技术现状

我国油田油藏类型多样，配套的注水系统也各不相同，按注水能力分为：①大站系统，以大排量的离心注水泵为主，压力达到16 MPa以上，是高渗透、整装大油田的首选；②小站系统，以柱塞泵为主，具有扬程高、排量小、效率高、电力配套设施简单等特点，适用于注水量低、注水压力高的中低渗透油田或断块油田。对配注量变化较大的区块，对注水泵机组采用调速运行；对高于系统压力的注水井采用增压注水泵，是注水井增注和提高系统效率的有效措施之一。

1.注水设备发展现状

1.1大功率高压多级离心泵

大功率高压多级离心泵是全国各大油田注水主力泵型，压力等级为16 MPa，排量有140、160、250、300、350、400m3/h等。其特点为：排量大（单泵排量最大可达430m3/h），注水压力适中（可达25MPa），泵效较高（78%以上）；可根据地层压力的变化，方便地增减叶轮的级数来调节泵出口压力，以达到最佳匹配（使泵管压差减小到015MPa以内）。

1.2柱塞泵

国内油田对于注水排量小于50m3/h的注水泵，大都选用柱塞泵，型号有3H型、5ZB型（大港）、3D1型（潍坊）、3125型、3175型（宁波）。20世纪90年代以来，柱塞泵的研究已取得了一批新的科研成果和专利，产品的系列化程度有了明显提高，可生产1～100m3/h、10～50MPa范围内各种高压柱塞泵，基本上可以满足油田的要求。中原油田经过10年的开发，在一些独立的低渗透断块油田上，因注水量不大、但注水压力要求很高，因此设计该区块的供水、注水、配水自成系统。由于低渗透断块油田注水配注量在不断变化，而柱塞泵的恒定排量与变化中的配注量很难合理匹配，因此采用变频调速技术，对泵的出口压力和排量进行无级调节，达到了节电的目的，取得了良好的效果。

1.3增压注水泵

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。各油田用最多的增压泵是柱塞泵，它有低进高出（进口压力低，小于0.1 MPa）

和高进高出（进口压力可达10 MPa以上） 2种类型，应用技术都已非常成熟。另外，近几年国内油田还出现了以下几种增压注水泵。

1.3.1管道式电动机多级增压离心注水泵（水平电潜泵），该泵由管道式电动机、多级离心泵、电缆、控制屏和变压器组成，其中管道式电动机是关键部件，主要由定子系统、转子系统、止推轴承、系统、保护器系统、环形流道系统和上下接头组成。胜利油田胜利采油厂二矿2221井应用该机组注水的实例表明，当管道电动机功率选45 kW，机组进口压力为12.4 MPa时，机组出口压力可达24.1MPa，且日常运转无漏失，安全可靠，不需要维护。但其缺点是泵效远低于柱塞泵；而且水平电潜泵由于是一泵对多井，当实际配注量减小时容易形成很高的泵管压差，造成电能浪费，故其平均能耗比柱塞泵高。

1.3.2倒置式增压注水电动潜油泵，该泵比柱塞泵更适合于注水系统末端的边远井增压注水。它与常规电潜泵机组不同的是离心泵是倒置的，应用时配以专用的过电缆高压井口悬挂器，实现井口高压密封。由于采用潜油沉没式机组安装在注水井中，具有户外安装无需建泵房、无噪声、无介质漏失、不污染环境、运转寿命长和免维护等特点。在胜利、辽河油田等6口井的应用表明，这种泵具有显著的增压注水效果。

二、注水设备运行及管理先进技术

随着油田进入高含水开发期，注水量大幅度增加，注水耗电亦大幅度上升。因此，应用先进的运行管理技术，对于提高系统效率、节约能源，有着重要的作用。

1.大功率高压注水离心泵变频调速技术

注水泵电动机变频调速的目的是在保证配注要求的情况下，使注水系统能耗尽量降低，同时，最大限度地保护电动机及注水设备，并保持注水系统压力稳定。通过应用优化仿真软件来优化泵和管网的运行参数，并合理匹配注水泵与管网工况点，使所有泵都运行在高效区，可大幅度降低泵管压差，从而达到节能之目的。大庆杏南油田的杏五注水站引用美国AB公司生产的变频器，经计算，将2台注水泵变频调速到n=2 740 r/min，并优化泵的运行参数，可使注水系统节能约6.3%。

2.柱塞泵变频调速技术 此项技术在全国各大油田得到了广泛的应用。如胜利油田高压低渗透断块油田均采用柱塞泵注水，由于油田注水量的波动，柱塞泵难以调节水量，部分高压水打回流，造成能源浪费。通过变频调速，解决了该问题，降低了能耗。如桩西采油厂已有4座注水站安装了变频装置，平均每座站年节电45.5万kW.h，按0.435元/ （kW.h）计，年节约电费19.8万元，每座站投资30万元，一年半就收回投资。

三、注水设备发展方向

根据以上分析，提出注水设备发展的总体思路：首先要对注水设备的设计制造理论进一步研究，以提高产品质量；其次要从提高注水系统效率的角度来研究注水设备，也就是要和注水管网、配水间、注水井以及相邻的注水站结合起来作为一个系统进行研究；第三要对注水设备运行可靠性进行研究。为此，建议重点开展下述几个课题的研究：

1.注水设备设计制造理论研究。从机械原理、材料力学、流体力学、制造工艺等多学科的角度综合研究，提高注水设备设计制造理论水平。研究的重点一是进一步提高易损件寿命，提高产品的无故障运行时间；二是进一步提高产品通用化程度。近年来，产品的系列化程度有了较大提高，但通用化程度尚待发展。

2.注水系统效率研究。据估计，目前全国注水系统用电量约占油田总用电量的40%，因此，注水系统节能降耗已成为油田降低生产成本的重要研究课题。而注水设备是节能降耗的关键，不但要进行提高泵效的研究，更要把注水设备放在注水系统这个大环境中，即研究注水泵站分布、合理的注水半径、注水管网直径和走向、单井配注等，以达到投资最少、注水效果最好、系统效率最高的目标。必要时还要和电动机变频调速技术、注水泵站巡控技术进行结合研究。

3.注水设备运行可靠性及状态监测研究。注水设备一旦出现事故或故障，轻者造成机组损坏，重者造成人员伤亡，泵站停运转还会影响油井产量。因此必须提高其运行可靠性，完善产品的自动控制和自动保护装置的设计与提高制造水平。同时还要进行监测诊断及预知维修的研究。

四、结束语

总而言之，经过多年的发展，我国油田注水设备和技术已经日趋成熟，但是和国外发达国家相比，我们还有很大的一段距离，我们一定要明确自身的发展方向，朝着发展方向努力，来争取将我国的油田注水技术提高到一个新的层次。

参考文献

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[3]李志刚，管道式电动机多级离心泵水平增压注水机组，石油机械， 2012， 30 （2）： 17～19