关键词：高压；注水泵机组；异常情况；监测；控制技术；隐患；预警

1  引言

注水采油是目前国内外油田开发最普遍最主要的采油工艺之一。注水站是油田开发生产过程中的重要生产单元，也是油田生产中的耗能大户（约占注采系统总能耗的70％左右）。油田高压注水泵机组是油田开发生产过程中不可缺少的主要设备之一，强化油田高压注水泵机组及其辅助设备的日常检测和运行管理，做好设备异常情况监测及控制，运用先进的设备监测及诊断技术，完善注水泵机组及其辅助设备运行状态的实时监控，提升设备预知性修保能力，开展对高压注水泵机组的振动、效率、泵的噪音、温度、压力、管道壁厚、机组运行电流、电压等生产运行参数定期检测与诊断分析，对有效预防注水泵机组安全生产事故，提升油田注水站安全生产事故应急处置能力，确保油田高压注水泵机组及其辅助设备高效安全运行，具有十分重要的现实意义^[1]。为此，我们在调查研究的基础上，提出了《油田高压注水泵机组异常监测及控制技术应用》这一应用研究课题，并取得良好的现场应用效果。

2  油田高压注水泵机组种类

   目前国内油田高压注水泵机组主要要有两类：即高压离心泵机组和高压柱塞泵机组。以胜利油田孤东采油厂为例，目前共有注水站8座，其中离心泵注水站6座，柱塞泵注水站2座，安装着DF200-150，DF300-150×9，DF350-150×9，DF400-150×9，159ZS，5D-WS59/25等六种型号的注水泵，装机容量为67000kW，设计注水能力为18.96×10⁴ m³/d。

3  油田高压注水泵机组异常情况事故案例

3.1  某事故注水站概况

    某事故注水站为高压离心泵注水站，安装有高压离心泵机组5台，每台机组额定功率为2000kW，电机额定电压为6kV，注水站注水干压为15.8MPa，日常运行1至2台高压离心泵机组，日注水量约1.6×10⁴ m³/d。该注水站设计安装有一套在线自动监控技术系统，在事故发生前8个月，专业技术服务机构对该自动监控系统进行检修，系统运行良好。

3.2  事故经过

    某日中午约12点左右，该注水站值班员在值班室听到异响闻到异味，但注水站在线自动监控技术系统并未发出报警信息以及自动保护动作，查看生产运行参数，发现高压注水泵机组冷却管线压力异常，冷却水泵房冷却水泵已停止运行。值班人员走出值班室就能看到带异味的烟雾从高压注水泵泵房向外散发，此时，值班人员迅速给高压注水泵机组切断电源后，到冷却水泵房给冷却水泵合闸，发现冷却水泵机组因过热保护后无法再合闸（待冷却水泵机组冷却后才能重新合闸恢复正常使用）。再到高压注水泵泵房，发现2台高压注水泵机组已严重烧坏，无法正常使用。事故虽未造成人员伤亡，但造成2台高压注水泵机组报废，直接经济损失达到100余万元。

3.3  事故原因

    经事故调查发现，该站站长在事故发生前6个月将该检验到期的点接点压力表送检质部门校验，经检验合格后又重新安装在原工艺流程上，按照正常操作流程，装好每一块点接点压力表都要进行测试一下，以验证一下安装是否正确，而这位站长相当自信地说在每一块压力表拆卸时都做了标记，认为自己的安装没有问题，也就省却了验证安装是否正确这一重要工作步骤，造成机组冷却管线压力上限报警与下限报警接线接反的安全隐患，当发生冷却水泵机组因过热保护跳闸后，高压注水泵机组冷却管线压力迅速下降，当压力下降到下限报警时自动监控系统发出声光报警，同时发生自动跳闸保护动作，切断高压注水泵机组供电电源，但由于机组冷却管线压力上限报警与下限报警接线接反，系统上限报警与下限报警成为一种摆设（永远不会发生），自动跳闸保护动作系统起不到任何作用，最终造成此次安全事故的发生。

3.4  经验教训
事故发生后，这位站长感到非常自责，由于自己的过分自信和工作上的失误，最终酿成了这起事故，给予企业带来重大经济损失，幸亏此次安全生产事故没有造成人员伤亡，若发生人员伤亡，其后果不堪设想。类似这种工作不按程序作业、不照章行事、走捷径打折扣的现象，在不少企业的员工中都存在。如果那名站长能够省却那种省能省事思想，严格按照标准化操作规程行事，消除自己凭经验做事，认认真真地去做事，就不会发生最终的安全事故，即使当时接错了线，只要验证一下，就能纠正当时的错误，也不会给企业造成重大的经济损失。教训深刻，令人深思和反省。

4  异常情况监测及控制技
    4.1  在线自动监控技术

附图为在线自动监控技术系统组成信号流程框图。

    该系统通过智能传感器组对现场各注水泵机组的压力、温度、流量、电流、电压、用电量、振动量、水位、油位、噪声等物理量进行自动监测，并将监测结果由一根数据总线传输给可编程控制器PLC，经可编程控制器数据计算以及注水站生产系统运行优化处理后，第一路送至变频器组去控制各泵出口电动阀门，通过电机的无级调速来控制各泵的排量；第二路送至监控系统（工控机），操作、显示各泵及整个站系统的运行状态，并将测试结果存入磁盘，打印输出班报、日报、月报、年报及效率分析表等；第三路送至异常处理（保护、报警）系统，确保注水站各部分的正常安全运行；最后一路是数据远传系统，通过网络服务器，实现各注水站系统的网络化管理和远距离调控操作。根据有关监测数据计算出泵干压差、泵效、单耗、各机组单台系统效率及整个注水站的平均系统效率等参数^{[2] [3]}。

    该自动监控技术系统根据注水站生产运行优化参数和安全生产需要，若遇注水泵机组异常情况运行参数超限时，则发出声光报警和操作提示信号，同时启动自动保护动作，发出自动跳闸保护信号，切断高压注水泵机组供电电源，有效保护高压注水泵机组的安全高效运行。同时，该系统不还通过对各注水泵出口电动阀的自动调节，使各注水泵处于安全、高效工作区内运行。

4.2  在线人工定期监测技术

在线人工定期监测技术主要包括是加强自动监控系统的日常维护、加强高压注水泵机组的人工定期监测以及对监测结果的预警分析。

（1）加强自动监控系统的日常维护。自动监测控制设备的大量应用，大大地提升了油田开发过程的自动化管理水平面，提升了油井生产采集数据的精确和应用效率，降低了员工工作过程中的安全隐患和风险，减轻员工劳动强度，改善员工工作环境。但应消除对自动监测控制设备的过分依赖和麻痹心理。因为所有的自动监测控制设备都需要懂技术懂业务会管理的人来维护使用和管理的，要发挥自动监测控制设备的更大作用和效能，创造更大价值，就必须应用好、维护和使用好自动监测控制设备，确保其长期准确可靠高效优质地运行。重点做好定期对自动监测控制设备做好检测、检查和维护，对各报警点每月组织一次试验验证，确保设备始终处于良好有效监控运行状态。同时，建设一支技术过硬的自动监测控制设备的管理队伍，自动监测控制设备一旦发生故障及时检修；做好自动监测控制设备操作使用人员的技能培训，提升员工现场应急处置和问题解决能力；提升信息化管理和数据信息的处置能力，强化信息链各个节点的管理，充分发挥各个专业部门的作用，确保企业安全、高效和高质量地发展。

（2）加强高压注水泵机组的人工定期监测。定期监测内容包括每季度组织一次对各台高压注水泵机组电压、电流、泵房的噪音、泵和电机前后多点的振动量、注水管线壁厚等参数的定期监测。

（3）加强定期监测数据的预警分析。建立监测数据资源库，对每个监测点数据变化进行跟踪分析，发现监测数据变化和设备异常情况，及时提出预警措施和应对对策，提升设备的预警预保预修能力，有效避免设备生产事故的发生。

 5 在线自动监控技术特点

（1）采用大屏幕触摸式显示屏，操作简单、省时、方便。

（2）采用直观的彩色图形显示监测数据、工作状态和报警，界面美观，具有良好的人机界面接口。

（3）系统运行安全可靠。在遇到全站停电等故障状态时，具有自行关闭和保护报警功能，并提示现场值班人员采取应急措施，有效确保注水系统的安全正常生产。网络操作采用分层认证方式，拥有完整的安全保障机制，充分保证运行设备和信息系统的安全可靠性。

（4）监控实时性好，自动化程度高。采用变频调速器进行系统调控，控制效果好，实现了电动阀开闭度的无级闭环控制。数据采集及时准确，能根据数据监测情况自动优化设备运行状态，及时提出修改或调整运行参数的指令要求。

（5）具有良好的抗干扰能力。由于注水泵机组均为6kV的大功率高压交流电机，现场电信号干扰较大，为提高系统的抗干扰能力，在软、硬件上采取了多种防干扰措施。

6  现场应用情况及效果

该技术在胜利油田注水泵站得到良好现场应用。经过三年多的时间的现场运行，实践证明该系统性能优越，可靠性好，具有显著的经济效益和社会效益。它的应用，既提高了注水泵站的现代化管理水平，减缓了机泵的磨损，延长了设备的使用寿命，使设备的预知性修保能力大大增强，提升了油田注水站生产异常情况的应急处置能力，实现了油田高压注水泵机组异常情况的有效监控；不仅减轻了职工的劳动强度，而且提高了油田注水站的系统效率和自动化水平，达到了平衡注水，节能降耗和安全高效的目的。

7  结束语

    实践证明，运用先进的设备监测及诊断技术，开展油田高压注水泵机组异常监测及控制技术应用，加强自动监控系统的日常维护、加强高压注水泵机组的人工定期监测以及对监测结果的预警分析，对有效预防注水泵机组安全生产事故，减缓机泵磨损，延长设备的使用寿命，提升设备的预知性修保能力，提升油田注水站生产异常情况的应急处置能力，提升油田注水站的系统效率和自动化水平，减轻职工的劳动强度，实现注水站高压注水泵机组及其辅助设备节能降耗和安全高效运行是十分有效且切实可行的。