单一水源供水区域潜水电泵系统改进

2011-08-25张建国

设备管理与维修 2011年9期

张建国

作者通联：南阳油田水电厂供水大队河南南阳市宛城区 473132

E-mail：zjianguo101@sohu.com

单一水源供水区域特点：①供水水源井较少，一般在两口以下或两口互为备用，以保证可靠供水；②用水单位单一且用水量小；③供水方式简单，一般是两点一线式，供和用之间调节能力差。油田生产需要注水，因此对供水可靠性有较高要求，特别是油田单一区块生产区的原油生产对供水水压、水质及水量保证能力要求更高。从单一水源供水区域供水工艺流程（水源井来水→进入缓冲水罐→注水加压泵站→油田生产注水）可以看出，相对于其他类型供水系统，单一供水系统工艺简单，由于水源采至中深层地下水，水质符合国家饮用水标准，也符合潜水电泵使用条件。

一、存在的问题

河南油田多由小区块油田构成，南阳油田在7个小区块油田的供水中均采取打建中深层水源井，下入潜水电泵取水，一般在每个单一水源供水区域有两口水源井，日供水量500～2000m3。近年这些单一水源供水区域井用潜水电泵平均运行周期为2500h，个别区域甚至仅有570h，远低于10000h的技术要求，严重影响油田生产，增加维修成本。如具有代表性的井楼水源地由1#和2#两口水源井构成，一用一备，潜水电泵投运以来，主要故障现象如下。

（1）运行电流不稳定（25～27A），在额定电流以上超过5%的摆动。

（2）电机保护器频繁保护。

（3）潜水电机绝缘电阻（对地）下降较快，电机及YC电缆绝缘阻值从下井时的500MΩ迅速降至5MΩ（冷态）以下，甚至无绝缘（烧电机）。

（4）运行过程中机械噪声呈非周期性。

（5）水表和压力表均有摆动现象。

水源井和潜水电泵分别属于低产水井和小排量中扬程水泵，井泵配置合理（表1）。

表1 1#水源井及潜水电泵技术参数

二、问题分析

1.潜水电机及电缆的绝缘阻值（对地）下降迅速

（1）绝缘阻值方面。潜水电泵绝缘阻值构成：①电机自身的绝缘阻值；②YC重型电缆的绝缘阻值；③潜水电机电缆引出线与YC重型电缆连接包扎后的绝缘。这些绝缘阻值均可在下入水源井前进行技术验证，按照技术规程，潜水电机灌注引水后浸泡24h，绝缘阻值（对地冷态）应≥50MΩ，YC潜水电缆应≥100MΩ，潜水电机引出电缆与YC潜水电缆进行连接绝缘包扎后浸泡在水中24h，绝缘阻值（对地冷态）应＞40MΩ。潜水电泵下入水源井后还需监测热态绝缘电阻应≥5MΩ。该水源井静水位为17m，动水位为80m，最大水位降深63m，接近潜水电泵最大允许潜入深度70m，若考虑电机、电缆及其连接的包扎质量问题，以及潜水电泵长期处于备用状态时，其承受的静水压力一直处于极限状态，这些因素可使潜水电机和潜水电缆绝缘阻值迅速下降，当再次启动时，启动冲击电流就可破坏电机或电缆绝缘，烧毁电机。

（2）工艺方面。该水源供水方式为两点一线式，潜水电泵采用电接触式压力自动启停操作，中间有1个50m3缓冲罐对水源井来水水量进行调节缓冲。从水表直接计量计算该泵实际产水量为16m3/h，即3h可以打满缓冲罐，运行值班日志反映每天启停泵次数多达12次，频繁启停，潜水电泵的冲击电流（该型号潜水电泵启动电流可达4～7倍额定电流）对潜水电泵及电缆产生交变影响也可使绝缘迅速老化。

2.运行不稳定

潜水电泵频繁启动，始终处在一个交变的运行状态，特别是启动过程中潜水电泵转速高达2900r/min。启动瞬间产生的冲击负荷加速了潜水电泵的止推轴承和止推盘（承受轴向载荷为主要承载载荷）、橡胶轴承及其导轴承（承受径向载荷）的非正常磨损，造成轴承偏磨，间隙迅速增大。解体损坏的潜水电泵，可以看出：①潜水电泵电机止推轴承和止推盘存在偏磨、沟槽，最大偏差0.4mm，沟槽深度0.2mm，并有电机铜导轴承磨损产生的铜屑，铜导轴承及橡胶轴承最大磨损间隙1.9mm，间隙差0.6mm，水泵叶轮与密封环的间隙差0.8mm；②由于该水源距离值班点较远，为确保原油及时生产，采取点接触式压力自动启停操作，而潜水电泵的出水阀门为常开状态，按照技术规程采取直接启停的潜水电泵应采取闭阀启动，目的是为了降低启动载荷，保护电机和电缆承载过大的冲击电流，停泵亦采取闭阀方式，目的是防止产生水锤损毁水泵，这种直接启停方式加剧了启动瞬间和停泵时不均匀载荷所造成的非正常磨损和损毁。

潜水电泵故障率高的原因，是上述两方面因素综合作用产生的结果，造成潜水电泵运行时机械噪声出现不均匀杂音，在电流表、压力表、水表运行时表现为不稳定状态，同时引起电机保护器进行过流保护。