CN109915356B - 一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田注水领域。目的是提供一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置，包括撬装底盘上固定连接的柱塞泵机组、柱塞泵备用机组及其适配管路与防爆电气控制柜；所述适配管路包括进液管路和出液管路；所述进液管设置有进液总阀门、过滤器、柱塞泵控制阀和低压气动切断阀；所述柱塞泵备用机组和柱塞泵机组的出口管路各自设有高压止回阀；出液管上设有压力变送器、压力表和第一温度变送器；防爆电气控制柜通过导线与低压气动切断阀门、柱塞泵机组、柱塞泵备用机组、压力变送器、第一温度变送器连接。本柱塞泵撬装置结构简单、成本低、实时监控管道温度和压力，方便安全地提供高压注水，适用于一些油田需要注水的地方。

Description

一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置

技术领域

本发明涉及油田注水领域，具体为一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置。

背景技术

油田投入开发后，随着开采时间的增长，油层本身能量将不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减少，甚至会停喷停产，造成地下残留大量死油采不出来。为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，保持或提高油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的采收率，必须对油田进行注水。对于大规模油田注水，常建设大型高效离心注水泵系统注水站，而对小规模油田注水，常采用较成熟的柱塞泵技术建造相应的注水站。

现有技术建造匹配柱塞泵的注水站，常采用活动板房式建造注水泵房。由于对注水水源压力和水质要求较高、油田地面工程分散、环境破坏较少和交通要求便利等条件限制，活动板房存在耗材较多，利用率较低，拆卸困难，建造周期长等缺陷。另外，油田在开采过程中，常面临高温高压的工作环境，柱塞泵工作久了会出现噪音大、易故障的缺陷，影响工作进度；并且现有活动板房的压力与温度仪表需要人力时时查看，出现险情时无法迅速控制阀门，缺乏对险情的预警和应对功能。并且因为注水要求的介质压力高，所以设备的减振、过滤都是难题。这些难题都导致设备运行不稳定或者不安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用方便稳定可靠、安全性好的油田注水用高压柱塞泵撬装装置。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置，其特征在于：包括撬装底盘上固定连接的柱塞泵机组、柱塞泵备用机组及其适配管路和防爆电气控制柜；所述适配管路包括进液管和出液管；

所述进液管路的进液口与柱塞泵之间设置有进液总阀门和过滤器，然后进液管路分为两个支路，并分别连接柱塞泵机组和柱塞泵备用机组，两机组出液经阀门和适配管路进行输出。

优选的，进液管上的所述两个之路分别连接柱塞泵控制阀和低压气动切断阀，所述柱塞泵控制阀下游管连接柱塞泵机组的进口，所述低压气动切断阀下游管路上连接柱塞泵备用机组的进口，所述柱塞泵备用机组和柱塞泵机组的出口管路各自设有高压止回阀；

所述两个高压止回阀下游汇入一个出液管，出液管上设有压力变送器、压力表和第一温度变送器，然后下游设有高压安全阀和出液口，所述高压安全阀与出液口之间设置控制阀；

所述防爆电气控制柜通过导线分别与低压气动切断阀、柱塞泵机组、压力变送器、第一温度变送器连接。

优选的：所述控制阀与出液口之间设置回液管，回液管另一端连接在进液管上、进液总阀门和过滤器上游位置；回液管上设置第二温度变送器，第二温度变送器回流方向的上游或下游依次设置控制阀单向阀；所述第二温度变送器通过导线连接防爆电气控制柜。

优选的：所述柱塞泵机组包括柱塞泵、电机和支撑架，所述柱塞泵固定连接在支撑架内，所述电机固定在支撑架外部一侧；所述柱塞泵的进液口和出液口于电机相对的一侧与柱塞泵进液管连接。所述支撑架底部设置连接至少四个减震装置，减震装置在支撑架下方均匀布置。

优选的：所述减震装置包括U型连接件、支撑杆和底座，所述底座的顶部设置具有内螺纹的套筒，所述支撑杆的下部设置外螺纹并与套筒螺纹连接；所述U型连接件底部设置供支撑杆穿过的通孔；所述支撑杆从上往下依次套设有螺母、第一橡胶减震垫和第二橡胶减震垫，所述U型连接件的底部固定在第一橡胶减震垫和第二橡胶减震垫之间。

优选的：所述的过滤器包括过滤腔，过滤腔连接过滤器进液管和过滤器出液管，所述的过滤器进液管由最下部沿螺旋切线方向接入过滤腔；过滤腔中部设置过滤网，过滤网上的过滤孔大小由中间向外逐渐变大；所述的过滤腔底面中间位置设有排渣口。

优选的：排渣口下端连接上大下小的锥形管，所述锥形管的下端设有过滤引流管，所述过滤引流管与过滤腔上端中部内腔连通；所述锥形管内嵌装可更换的过滤托架，过滤托架呈倒锥台形，内部布置由沿竖直方向布置的弹性填料。

优选的：所述过滤器进液管管径大于过滤器出液管管径。

优选的：所述的过滤腔横截面下大上小，且边缘呈螺旋状，所述过滤腔内部具有沿螺旋状向上的引流凸起，该引流凸起与外部的螺旋形状对应。

优选的：所述过滤器出液管由最上部沿螺旋切线方向接出过滤腔。

优选的：所述第一温度变送器、第二温度变送器和压力变送器为数字防爆式变送器。

本发明的有益之处在于：本发明提出了一种撬装装置，使用方便、稳定可靠，可重复使用，降低了注水泵房的建造成本；本发明在过滤器中使用了螺旋管结构和新型弹性填料，过滤效果好，不需要额外动力，降低了柱塞泵机组工作负荷；本发明设置了柱塞泵减震装置和柱塞泵备用机组，从而降低了柱塞泵工作噪音并规避了单一柱塞泵机组易故障导致的工作受阻问题；本发明还对高压管道温度和压力进行实时监测，对危险敏感度高，发现危险后能及时断电控制险情，容错率高，因此提高了安全性。本柱塞泵撬装置结构简单、成本低、实时监控管道温度和压力，方便安全地提供高压注水，适用于一些油田需要注水的地方。

附图说明

图1为本发明平面布置图；

图2为柱塞泵机组结构示意图；

图3为图2中A处减震装置放大后的结构示意图；

图4为过滤器结构示意图；

图5为弹性填料单体结构示意图；

图6为弹性填料装填在过滤托架时的示意图。

图中：1-撬装底盘、2-防爆电气控制柜、3-进液口、4-进液总阀门、5-低压进液管、6-过滤器、7-低压气动切断阀、8-柱塞泵控制阀、9-柱塞泵机组、10-柱塞泵备用机组、11-高压止回阀、12-高压安全阀、13-高压出液管、14-出液口、15-回液管、16-压力变送器、17-压力表、18-第一温度变送器、19-控制阀、20-第二温度变送器、21-单向阀、22-减震装置、23-U型连接件、24-支撑杆、25-底座、26-套筒、27-第一橡胶减震垫、28-第二橡胶减震垫、29-柱塞泵、30-电机、32-过滤腔、31-过滤器进液管、33-过滤器出液管、34-过滤网、35-排渣口、36-锥形管、37-过滤托架、38-过滤引流管、39-弹性填料、40-支撑架。

具体实施方式

参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置，包括撬装底盘1上固定连接的柱塞泵机组9、柱塞泵备用机组10及其适配管路、另外还有防爆电气控制柜2；所述适配管路包括进液管和出液管外部还可以设置外壳。该装置整体组成一种整体可以移动、甚至集装箱式的撬装装置，方便拆卸与安装，并能快速转移和重复使用，降低了注水泵房的安装成本，备用机组的设置避免了单一机组易故障而阻碍工作的问题。

所述进液管路的进液口3与柱塞泵机组9之间设置有进液总阀门4，所述进液总阀门4下游通过低压进液管5连接过滤器6，过滤器6可以将进流体过滤至符合油田注水标准；然后过滤器6下游进液管路分为两个支路，并分别连接柱塞泵控制阀8和低压气动切断阀7，所述柱塞泵控制阀8下游管连接柱塞泵机组9的进口，所述低压气动切断阀7下游管路上连接柱塞泵备用机组10的进口，所述柱塞泵备用机组10和柱塞泵机组9的出口管路各自设有高压止回阀11。高压止回阀11为单向阀，可防止从柱塞泵机组9或柱塞泵备用机组10出口输出的流体回流。

所述两个高压止回阀10下游汇入一个高压出液管13，高压出液管13上设有压力变送器16、压力表17和第一温度变送器18，然后下游设有高压安全阀12和出液口14，所述高压安全阀12与出液口14之间设置控制阀19。压力变送器16与第一温度变送器18可以敏感地监测周围温度和压力的变化，从而实时监控高压管道上的温度和压力；然后下游设有高压安全阀12和出液口14，所述高压安全阀12与出液口之间设置控制阀19，高压安全阀12和控制阀19可以通过开关闸门起到调节流量和管道压力的作用。

所述防爆电气控制柜2通过导线分别与低压气动切断阀7、柱塞泵机组9、柱塞泵备用机组10、压力变送器16、第一温度变送器18连接。当压力变送器16与第一温度变送器18向防爆电气控制柜2传达了超出预设安全阈值的变化时，防爆电气控制柜2发送信号，切断正在工作的柱塞泵机组9或柱塞泵备用机组10的电源，并使低压气动切断阀7关闭，从而阻止管道内进液继续输出，避免高压管道内液压和温度继续升高，及时控制住险情。

所述控制阀19与出液口之间设置回液管15，回液管15另一端连接在进液管上、进液总阀门4和过滤器6上游位置，起到柱塞泵停止工作后对高压出液管内残留的液体进行妥善导流的作用；回液管15上设置第二温度变送器20，第二温度变送器20回流方向的上游或下游依次设置控制阀19单向阀21，两个阀门的设置可以避免因进液口3内进液过多而使部分液体直接从回液管15上涌；所述第二温度变送器20通过导线连接防爆电气控制柜2，增温过高时向防爆电气控制柜2发送信号从而完成对回液管上的温度实时监控与危险应急功能。所述第一温度变送器18、第二温度变送器20和压力变送器16优选为数字防爆式变送器，从而能在高温高压下保障灵敏监测。

所述柱塞泵机组9、柱塞泵备用机组10分别包括柱塞泵29、电机30和支撑架40，所述柱塞泵29固定连接在支撑架40内，所述电机30固定在支撑架外部一侧；所述柱塞泵29的进液口由电机30相对的一侧与柱塞泵进液管连接，相应的出液口也位于进液口连接的同侧。形成与电机对称的布置，实现设备重心对称和平稳。所述支撑架40底部设置连接至少四个减震装置22，减震装置22在支撑架40下方均匀布置，多个减震装置22分担柱塞泵29工作时产生的振动压力，从而降低柱塞泵29工作时发出的噪音和对自身的损耗。

所述减震装置22包括U型连接件23、支撑杆24和底座25；所述底座25的顶部设置具有内螺纹的套筒26，所述支撑杆24的下部设置外螺纹并与套筒26螺纹连接；所述U型连接件23底部设置供支撑杆24穿过的通孔；所述支撑杆24从上往下依次套设有螺母、第一橡胶减震垫27和第二橡胶减震垫28，所述U型连接件23的底部固定在第一橡胶减震垫27和第二橡胶减震垫28之间。柱塞泵29工作时会因为活塞运动产生振动，从而产生噪音和加大对自身的负荷，减震装置22能吸收振动从而减小噪音，同时吸收动能，减小柱塞泵29自身损耗，降低柱塞泵29和电机30的故障几率；同时，本减震装置22设置为容易拆装的组装式结构，便于后期维护和更换部件。

所述过滤器6包括过滤腔32，过滤腔32连接过滤器进液管31和过滤器出液管33，所述的过滤器进液管31由最下部沿螺旋切线方向接入过滤腔32；过滤腔32中部设置过滤网34，过滤网34上的过滤孔大小由中间向外逐渐变大。因为进液沿切线方向进入螺旋状的过滤腔32，流体整体呈螺旋状流动；杂质等自然就被堆积在过滤腔32中间位置；加之过滤网34中间的网孔也小一些，可以进一步加剧这种流体螺旋流动和杂质在中间的堆积；所述的过滤腔32底面中间位置设有排渣口35，可以将由螺旋运动堆积在过滤腔32中部的杂质从此处排出。排渣口35可以采用任意实施方式，例如是一个凹陷的部分，下端开口，并定期清理。

更好的实施方式是：所述排渣口35下端连接上大下小的锥形管36，所述锥形管36的下端设有过滤引流管38，所述过滤引流管38与过滤腔32上端中部内腔连通，或者连接到过滤器出液管33上；连接在过滤腔32上端中部更佳。所述锥形管36内嵌装可更换的过滤托架37，过滤托架37呈倒锥台形，内部布置由沿竖直方向布置的弹性填料39。堆积后的杂质因为过滤引流管38的作用，形成对过滤腔32中部的抽吸作用，将杂质吸入锥形管36内，停留在过滤托架37和弹性填料39上。弹性填料39筛选了聚烯烃类和聚酰胺中的几种耐腐、耐温、耐老化的优质品种，混合以亲水、吸附、抗热氧等助剂，采用特殊的拉丝，丝条制毛工艺，将丝条穿插固着在耐腐、高强度的中心绳上，由于选材和工艺配方精良，刚柔适度，使丝条呈立体均匀排列辐射状态，制成了悬挂式立体弹性填料的单体。弹性填料39材料是现有技术，结构如图5，是一个主杆上多个发散的细丝，并多跟弹性填料39一起由上往下装入过滤托架37的，这样自然形成上边疏松、下端紧密的结构，更好地留置杂质物体。因为在倒锥形托架内布置该弹性填料39，布置方式为上部松、下部密，可以留置杂质在填料内，不再进入水中。过滤托架37和弹性填料39定期更换，使用很方便。这样的过滤器6无需外接动力，同时过滤效果可靠，并且最大限度地降低了流体的阻力，避免了压头损失，总体降低了柱塞泵机组9、10的工作负荷和能耗。

为了进一步提高过滤效果，更好的实施方式例如：所述过滤器进液管31管径大于过滤器出液管33管径，所述过滤器出液管33由最上部沿螺旋切线方向接出过滤腔32。所述过滤腔32横截面下大上小，且边缘呈螺旋状，所述过滤腔32内部具有沿螺旋状向上的引流凸起32`，该引流凸起32`与外部的螺旋形状对应。如图6就是沿竖直面对过滤器6进行剖切后的内部示意图。过滤腔32上下整体连通的，内壁引流凸起32`与外壁的螺旋状及进出液方向共同引流螺旋状流动，便于杂质在中间沉降。管路系统中，流量一定的情况下，管径不同、从而流体就在过滤腔32形成下部流速缓慢，上部流速快的特征，更加方便将杂质聚集到过滤腔32中部，提高过滤效果，也提高过滤引流管38的抽吸效果。

工作时，进液从进液口3进入，通过进液总阀门4进入低压进液管5，再经过过滤器6吸附杂质，将进液成分过滤至符合油田注水标准后进入柱塞泵机组9和柱塞泵备用机组10的进液管路，柱塞泵机组9通电，柱塞泵29将电机30带动活塞产生的机械能转化为压力能，将进液通过柱塞泵控制阀门8向上输送，同时柱塞泵机组9和柱塞泵备用机组10的支撑架40上设有的减震装置22可以降低柱塞泵29工作噪音与损耗；进液从柱塞泵机组9和柱塞泵备用机组10的出液管路流向高压止回阀11，通过高压止回阀11后进液沿高压管路流向高压安全阀12，若柱塞泵机组9故障，可依靠相同原理通过柱塞泵备用机组10做功将通过低压气动切断阀7的进液通过高压止回阀11输送至高压安全阀12；进液经过高压安全阀12后通过高压出液管14，流向出液口15。

断电后，残余的进液通过回液管15流向进液口3和进液总阀门4之间的管道，从而实现对断电后残余在高压出液管13与出液口15之间的进液进行妥善导流。随着整个高压柱塞泵撬装装置运行时间越来越长，柱塞泵机组9和柱塞泵备用机组10的出口到高压安全阀12的管道和压力逐渐上升，回液管15的温度也会逐渐上升，当压力变送器16、第一温度变送器18和第二温度变送器20的传感器向防爆电气控制柜2传达了超出预设安全阈值的压力或温度变化，防爆电气控制柜2便发送断电信号给正在工作柱塞泵机组9或柱塞泵备用机组10完成断电，同时低压气动切断阀7关闭，阻止进液继续流通，阻止管道温度压力进一步升高，从而完成对关键管道部位温度和压力的及时监管，有效规避安全事故的发生。

Claims (6)

1.一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置，其特征在于：包括撬装底盘(1)上固定连接的柱塞泵机组(9)、柱塞泵备用机组(10)及其适配管路和防爆电气控制柜(2)；所述适配管路包括进液管和出液管；所述进液管路的进液口(3)与柱塞泵(9)之间设置有进液总阀门(4)和过滤器(6)，然后进液管路分为两个支路，并分别连接柱塞泵机组(9)和柱塞泵备用机组(10)，两机组出液经阀门和适配管路进行输出；

所述的过滤器(6)包括过滤腔(32)，过滤腔(32)连接过滤器进液管(31)和过滤器出液管(33)，所述的过滤器进液管(31)由最下部沿螺旋切线方向接入过滤腔(32)；所述过滤腔(32)横截面下大上小，且边缘呈螺旋状，所述过滤腔(32)内部具有沿螺旋状向上的引流凸起(32`)，该引流凸起(32`)与外部的螺旋形状对应；过滤腔(32)中部设置过滤网(34)，过滤网上的过滤孔大小由中间向外逐渐变大；所述的过滤腔(32)底面中间位置设有排渣口(35)；所述排渣口(35)下端连接上大下小的锥形管(36)，所述锥形管(36)的下端设有过滤引流管(38)，所述过滤引流管(38)与过滤腔(32)上端中部内腔连通；所述锥形管(36)内嵌装可更换的过滤托架(37)，过滤托架(37)呈倒锥台形，内部布置由沿竖直方向布置的弹性填料(39)；所述弹性填料(39)是一个主杆上多个发散的细丝，并多根弹性填料(39)一起由上往下装入所述过滤托架(37)，形成上边疏松、下端紧密的结构；

所述支撑架(40)底部设置连接至少四个减震装置(22)，减震装置(22)在支撑架(40)下方均匀布置；所述减震装置(22)包括U型连接件(23)、支撑杆(24)和底座(25)；所述底座(25)的顶部设置具有内螺纹的套筒(26)，所述支撑杆(24)的下部设置外螺纹并与套筒(26)螺纹连接；所述U型连接件(23)底部设置供支撑杆(24)穿过的通孔；所述支撑杆(24)从上往下依次套设有螺母、第一橡胶减震垫(27)和第二橡胶减震垫(28)，所述U型连接件(23)的底部固定在第一橡胶减震垫(27)和第二橡胶减震垫(28)之间。

2.根据权利要求1所述的一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置，其特征在于：进液管上的所述两个支路分别连接柱塞泵控制阀(8)和低压气动切断阀(7)，所述柱塞泵控制阀(8)下游管连接柱塞泵机组(9)的进口，所述低压气动切断阀(7)下游管路上连接柱塞泵备用机组(10)的进口，所述柱塞泵备用机组(10)和柱塞泵机组(9)的出口管路各自设有高压止回阀(11)；

所述两个高压止回阀(11)下游汇入一个出液管，出液管上设有压力变送器(16)、压力表(17)和第一温度变送器(18)，然后下游设有高压安全阀(12)和出液口(14)，所述高压安全阀(12)与出液口之间设置控制阀(19)；

所述防爆电气控制柜(2)通过导线分别与低压气动切断阀(7)、柱塞泵机组(9、10)、压力变送器(16)、第一温度变送器(18)连接。

3.根据权利要求1所述的一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置，其特征在于：所述控制阀(19)与出液口之间设置回液管(15)，回液管(15)另一端连接在进液管上、进液总阀门(4)和过滤器(6)上游位置；回液管(15)上设置第二温度变送器(20)，第二温度变送器(20)回流方向的上游或下游依次设置控制阀(19)单向阀(21)；所述第二温度变送器(20)通过导线连接防爆电气控制柜(2)。

4.根据权利要求1所述的一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置，其特征在于：所述柱塞泵机组(9、10)分别包括柱塞泵(29)、电机(30)和支撑架(40)，所述柱塞泵(29)固定连接在支撑架(40)内，所述电机(30)固定在支撑架外部一侧；所述柱塞泵(29)的进液口和出液口由电机(30)相对的一侧与柱塞泵进液管连接。

5.根据权利要求1所述的一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置，其特征在于：所述过滤器进液管(31)管径大于过滤器出液管(33)管径。

6.根据权利要求1所述的一种油田注水用高压柱塞泵撬装装置，其特征在于：所述过滤器出液管(33)由最上部沿螺旋切线方向接出过滤腔(32)。

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