柱塞式注水泵技術改進與應用分析

李軍+歐永紅

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，社會對于石油的需求量越來越高，這就給石油開采工作提出了更高的要求。在石油開采中注水泵起著至關重要的作用，它的性能狀況對采油效率和采油量都有很大的影響。近年來，在石油開采中所使用的中高壓、排量小的柱塞式注水泵已經(jīng)不能滿足油田注采工藝要求，而且柱塞式注水泵在工作中還經(jīng)常發(fā)生故障，使用壽命大大縮短，因此，對柱塞式注水泵進行技術改造勢在必行。本文從材料和結構兩個方面對柱塞式注水泵技術改造進行了闡述，以期對柱塞式注水泵技術改造提供參考。

關鍵詞：柱塞式；注水泵；技術；改進；應用

中圖分類號： TE9 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）31-183-2

0 引言

柱塞式注水泵是石油開采中重要的機械設備之一，在注水開采工藝中起著至關重要的作用，對于石油開采效率和開采量都有很大影響。過去，油田開采中所使用的柱塞式注水泵的技術參數(shù)都是中高壓、排量小，而隨著社會對石油需求量的提高，要求注水泵的技術參數(shù)達到高壓標準，并且向著高效、節(jié)能方向發(fā)展。顯然，我們要想滿足開采工藝要求，就要采取措施對柱塞式注水泵技術進行改造，提高其綜合性能，提高石油開采效率，增加石油開采量，促進油田企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 柱塞填料密封結構及材料的改進

1.1 柱塞填料密封同步隔離技術

柱塞式注水泵內(nèi)部零件經(jīng)常由于長時間的摩擦而受到損傷，其主要原因就是沒有做好潤滑工作，而對于一些隱蔽的零件通過外部潤滑起不到良好的效果，只有想辦法借助其他途徑對內(nèi)部零件起到潤滑作用，才能降低注水泵的故障率?；诖耍覀兛梢圆扇≡谥盍厦芊夂w結構中增設介質(zhì)腔的方法，如圖1所示，密封介質(zhì)腔體上部與潤滑油罐連接，為了避免壓力失衡，可以借助取壓通道，使輸送的介質(zhì)在介質(zhì)腔中保持平衡，而介質(zhì)腔上部連接的潤滑油罐能夠?qū)χ鸬綕櫥饔?，從而有效降低了柱塞與填料之間長時間的磨損，減少了注水泵的故障發(fā)生概率，延長了其使用壽命，同時還提高了注水泵效率。

1.2 填充材料改進技術

過去注水泵的填充材料大都為碳纖24錠編織材料，雖然其強度也比較高，但是在過高的工作壓力下還是容易出現(xiàn)斷裂或損壞。因此，我們需要對注水泵填充材料進行改進，由新型的U形改性材料SD5和芳綸纖維矩形盤根來代替，其中U形改性材料SD5的耐壓力可高達120MPa，因而，可以承受更高的工作壓力，不容易出現(xiàn)損壞。除了對注水泵填料的改造外，對于其裝配結構也要有所改進，可以每隔兩道填料都安裝一個阻流環(huán)，阻流環(huán)中含有的成本包括石墨、聚四氟乙烯和二硫化鉬，并且，在此基礎上增加補償彈簧。這樣一來，柱塞填料為注水泵起到了潤滑作用，阻流環(huán)起到了自動調(diào)整作用，補償彈簧起到了自動補償作用，同時，阻流環(huán)和補償彈簧對填料也有保護功能，因此，通過采取這些措施既提高了注水泵性能又延長了填料的使用壽命。圖2為組合填料密封結構實物圖。

2 柱塞噴涂材料及連接方式改進

2.1 柱塞噴涂材料改進

在含顆粒腐蝕性污水介質(zhì)中選用45#鋼基材表面超音速噴涂Ni60/WC復合金屬涂層柱塞，在材料硬度與韌性之間尋求平衡，改善涂層易裂、易剝落的情況。涂層允許變形量超過8%，涂層硬度達1000HV，結合強度大于30MPa耐磨蝕性能和抗磨粒磨損性能大大提高，對密封填料的要求降低，并減少了填料的消耗。如果涂層介質(zhì)為清水，它具有流速高、回流快、壓力大的特點，而優(yōu)點則是綠色環(huán)保、無污染。

2.2 柱塞自動調(diào)心技術

過去注水泵中的柱塞與連接桿之間的連接結構為螺紋硬連接，改進后我們使用復式卡環(huán)連接結構來代替，在連接過程中，連接桿與柱塞之間有一點量的偏心是可以接受的。但是需要注意的是，在密封函體導向套內(nèi)的柱塞要始終保持直接運動，這樣做的目的是為了盡量避免柱塞與密封件之間的磨損對柱塞和密封件造成損傷，進而延長柱塞、導向套以及填料的使用壽命。

2.3 泵閥結構及材料的改進

采用螺旋導向復合密封錐型組合閥組（見圖4）替代原立式上下分體閥，進液閥和排液閥組合在同一閥體上，安裝、拆卸方便。閥座選擇高強度、高硬度、抗腐蝕材料O5Cr17Ni4Cu4Nb或316/WC（硬質(zhì)合金），金屬閥芯錐面上結合非金屬密封材料，改善了密封性能。經(jīng)過可靠性試驗后發(fā)現(xiàn)閥芯導向翼從直線型過渡到帶一定角度型，可使閥芯在閥座孔上、下運動時轉(zhuǎn)動，閥密封面磨損均勻，延長了閥的壽命。

3 柱塞式注水泵改進后的應用分析

通過對柱塞式注水泵柱塞填料密封結構及材料和柱塞噴涂材料及連接方式的改進后，取得了良好的效果，使柱塞式注水泵整體性能有了大大提高。具體表現(xiàn)在以下三個方面：第一，過去的注水泵內(nèi)部的易損零件使用壽命得到延長。其中包括柱塞、填料和泵閥等零件的使用壽命都是增加了兩倍，甚至更長。第二，注水泵機組的工作效率明顯提高，據(jù)統(tǒng)計，改進后的注水泵效率比過去提高了至少10%，并且注水單耗量也比過去降低了很多。第三，大大降低了生產(chǎn)工藝的運行成本，注水泵效率的提高使運行耗電量大大減少，節(jié)約了大筆的電費開支，同時，注水泵整體性能提高了在運行過程中所消耗的機油量也明顯減少，總之，系統(tǒng)整體運行成本得到降低，提高了油田企業(yè)的經(jīng)濟效益。

4 結束語

為了適應市場需求的變化，油田企業(yè)必須采取措施提高采油效率和采油量。在采用注水采油工藝時，對柱塞式注水泵性能進行改良，可以大大提高運行效率，延長注水泵內(nèi)部零件的使用壽命，同時，降低運行成本，使企業(yè)實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益。