柱塞式注水泵技術(shù)改進(jìn)與應(yīng)用分析

胡建新，徐建起，張偉

（1.中國(guó)石油華北油田分公司采油二廠物資裝備中心， 河北 霸州 065700）

（2.中國(guó)石油遼河油田公司油氣集輸公司， 遼寧 盤錦 124010）

（3.中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司石油機(jī)械廠， 河北 任丘 062552）

隨著石油開發(fā)技術(shù)水平的不斷提升，柱塞式水泵的技術(shù)參數(shù)發(fā)生了明顯變化，以便充分適應(yīng)不同場(chǎng)景下的使用要求。出于增強(qiáng)柱塞式注水泵使用性能的考量，除了進(jìn)行日常維護(hù)管理工作外，還需要從多維度出發(fā)，做好技術(shù)改進(jìn)工作，強(qiáng)化其運(yùn)行的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)相關(guān)組件模塊的使用壽命，在保證正常生產(chǎn)的同時(shí)，減少設(shè)備費(fèi)用投入，管控成本的支出，構(gòu)建現(xiàn)代高效的生產(chǎn)機(jī)制。

1 柱塞式注水泵概述

柱塞式注水泵主要由驅(qū)動(dòng)裝置、柱塞、傳動(dòng)裝置、泵體、排除閥等組成，在其運(yùn)行的過程中，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，并通過傳動(dòng)裝置直接作用于液面，借助于液面壓力的差值，實(shí)現(xiàn)液體的吸入及排出。與其他注水泵相比，柱塞式注水泵的使用場(chǎng)景更為廣泛，能夠滿足不同場(chǎng)景下的使用需求。近些年來，隨著技術(shù)能力的不斷提升，柱塞式注水泵在壓力、排量等方面有明顯進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了由中低壓、小排量向高壓、大排量的轉(zhuǎn)變，整體運(yùn)行質(zhì)效得到提升[1]。以某油田為例，在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為保證石油開采活動(dòng)的順利進(jìn)行，其在油田內(nèi)設(shè)置75座注水泵站，實(shí)現(xiàn)日供水120000m3，考慮到供水量需求較大，壓力等級(jí)較高，該油田在生產(chǎn)過程中，使用柱塞式注水泵，借助于技術(shù)能力，實(shí)現(xiàn)高壓、大排量生產(chǎn)體系的構(gòu)建，加之柱塞式注水通常只需一人進(jìn)行操作，使用的人工較少，使用成本費(fèi)用較低，對(duì)于石油生產(chǎn)企業(yè)的健康發(fā)展可產(chǎn)生積極作用。從實(shí)際效果看，柱塞式注水泵的使用，大幅度提升了作業(yè)效能，減少了生產(chǎn)能耗，是一種有效的油田生產(chǎn)模式。正是基于這種技術(shù)優(yōu)勢(shì)，柱塞式注水泵被廣泛應(yīng)用于石油開采領(lǐng)域，逐漸成為主流的壓力控制設(shè)備。

2 柱塞式注水泵主要問題

從實(shí)際情況看，柱塞式注水泵盡管在技術(shù)參數(shù)方面有了較大提升，壓力、流量基本可滿足使用需求，但仍存在易損件壽命短等問題。基于這種實(shí)際，技術(shù)人員在開展技術(shù)改進(jìn)與應(yīng)用活動(dòng)前，需要對(duì)目前柱塞式注水泵存在的主要問題進(jìn)行梳理，形成系統(tǒng)全面的認(rèn)知，進(jìn)而為后續(xù)技術(shù)活動(dòng)的開展提供參考。

從相關(guān)研究機(jī)構(gòu)公布的數(shù)據(jù)看，柱塞式注水泵在使用中，出現(xiàn)泵閥故障以及柱塞損傷的機(jī)率較高。具體為，柱塞式注水泵運(yùn)行過程中，因各種故障及損壞的影響，造成設(shè)備使用壽命較短。以某油田柱塞式注水泵為例，在柱塞式注水泵使用過程中，根據(jù)《往復(fù)式注水泵技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，確定排出壓力控制在20MPa以下，在這種情況下，結(jié)合相關(guān)組件模塊的設(shè)計(jì)參數(shù)，柱塞式注水泵柱塞的額定使用壽命應(yīng)為1300h，填料的額定使用壽命應(yīng)為1400h，泵閥平穩(wěn)運(yùn)行額定使用壽命1600h[2]。但實(shí)際情況是，該油田柱塞式注水泵各組件模塊的實(shí)際壽命大幅度縮短，柱塞的實(shí)際使用壽命為650～850h，填料的實(shí)際使用壽命為400～500h，泵閥平穩(wěn)運(yùn)行實(shí)際使用壽命為340～400h。造成柱塞式注水泵主要模塊組件使用壽命縮短，設(shè)備運(yùn)行質(zhì)效下降的原因是多方面的。柱塞式注水泵部分結(jié)構(gòu)無法滿足回注污水的處理要求，由于石油開采的特殊性，導(dǎo)致柱塞式注水泵的填料被生產(chǎn)廢水所包圍，廢水中含有大量的腐蝕性物質(zhì)，加之缺乏相應(yīng)的隔離處理，使得柱塞式注水泵填料磨損較嚴(yán)重，當(dāng)廢水中含有較大顆粒的物質(zhì)時(shí)，柱塞式注水泵填料無法對(duì)相關(guān)組件進(jìn)行密封，造成閥體或者閥芯漏水，進(jìn)而引發(fā)柱塞式注水泵泵閥故障的發(fā)生[3]。除了回污處理不夠科學(xué)之外，柱塞式注水泵在柱塞以及泵閥選材方面存在著一定的誤區(qū)。從相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，柱塞式注水泵的基材以鋼為主，并噴涂相應(yīng)的材料，旨在保障柱塞式注水泵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，最大程度地延長(zhǎng)組件模塊的使用壽命，延緩銹蝕速度。但從實(shí)際情況看，大多數(shù)柱塞式注水泵未進(jìn)行科學(xué)的選材，導(dǎo)致柱塞以及泵閥在使用過程中，受到廢水的侵蝕，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與密封性持續(xù)下降，最終造成設(shè)備故障，無法滿足實(shí)際的使用需求。

3 柱塞式注水泵技術(shù)改進(jìn)與應(yīng)用

柱塞式注水泵的改進(jìn)與應(yīng)用有必要從多角度出發(fā)，積極轉(zhuǎn)變技術(shù)思路，創(chuàng)新改進(jìn)手段，通過相關(guān)技術(shù)手段的應(yīng)用，做好柱塞式注水泵的改進(jìn)工作，通過這種方式，增強(qiáng)其實(shí)際工作質(zhì)效，充分滿足使用需求。

3.1 柱塞式注水泵填料密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

為不斷提升柱塞式注水泵的密封性，改進(jìn)填料使用環(huán)節(jié)中存在的問題，技術(shù)人員在實(shí)際改進(jìn)過程中，可以從柱塞密封隔離以及填料材料改進(jìn)兩個(gè)維度出發(fā)，系統(tǒng)做好柱塞式注水泵技術(shù)改進(jìn)工作。具體為，技術(shù)人員在改進(jìn)環(huán)節(jié)，以科學(xué)性、實(shí)用性為導(dǎo)向，在柱塞式注水泵內(nèi)的密封函體結(jié)構(gòu)內(nèi)，增加密封介質(zhì)，出于保證柱塞式注水泵運(yùn)行高效性的考量，技術(shù)人員還有必要在密封介質(zhì)上部加設(shè)潤(rùn)滑油罐，并通過取壓管道對(duì)柱塞式注水泵介質(zhì)腔以及輸送介質(zhì)進(jìn)行連接，確保兩者之間的壓力平衡，通過這種方式，有效提升柱塞式注水泵密封腔與柱塞之間的潤(rùn)滑屬性，減少二者之間的摩擦，在保障柱塞式注水泵運(yùn)行效率的同時(shí)，減少易損件的磨損，延長(zhǎng)其使用壽命，為后續(xù)的設(shè)備檢修、管理以及維護(hù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[4]。填料材料改進(jìn)中，技術(shù)人員可使用SD5以及芳綸纖維矩形盤根，通過這種材料性質(zhì)的改進(jìn)，能夠有效增強(qiáng)柱塞式注水泵填料、阻流隔環(huán)以及補(bǔ)償彈簧之間的自我調(diào)整能力以及自我補(bǔ)償能力，以此不斷提升柱塞式注水泵填料的密封性。

3.2 柱塞式注水泵噴涂材料與連接方式的改進(jìn)

柱塞式注水泵噴涂材料與連接方式的改進(jìn)涉及多個(gè)層面的內(nèi)容，為保證改進(jìn)與應(yīng)用效果，技術(shù)人員在實(shí)際改進(jìn)環(huán)節(jié)，需要結(jié)合以往有益經(jīng)驗(yàn)，依托現(xiàn)有技術(shù)手段，積極創(chuàng)新噴涂材料改進(jìn)與柱塞自動(dòng)調(diào)心方案，達(dá)到延長(zhǎng)柱塞式注水泵使用壽命，減少設(shè)備故障的目的。在實(shí)際改進(jìn)環(huán)節(jié)，技術(shù)人員需要從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及耐腐蝕兩方面，進(jìn)行相應(yīng)的噴涂材料選型工作。如根據(jù)柱塞式注水泵的使用場(chǎng)景及服務(wù)對(duì)象，噴涂材料的變形量應(yīng)當(dāng)超過8%，硬度應(yīng)超過1000HV，通過有針對(duì)性的涂料選型，使整個(gè)柱塞式注水泵的耐腐蝕度以及抗腐蝕性大大提升，從而大幅度增強(qiáng)柱塞式注水泵的使用壽命以及運(yùn)行效率[5]。在完成柱塞噴涂材料的改進(jìn)后，技術(shù)人員還可通過柱塞自動(dòng)調(diào)心技術(shù)，將柱塞與連接組件之間的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，形成復(fù)式卡環(huán)連接，通過這種方式，使得連接桿與柱塞之間保持一定程度的偏心，使得柱塞在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持直線運(yùn)動(dòng)，從而減少柱塞與其他組件之間的摩擦，從而達(dá)到延長(zhǎng)柱塞使用壽命，保證其運(yùn)行質(zhì)效的目的，對(duì)于整個(gè)柱塞式注水泵的科學(xué)高效運(yùn)轉(zhuǎn)有著極大的益處。

4 結(jié)語

柱塞式注水泵技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，提升了油田開采的整體水平，實(shí)現(xiàn)石油資源的充足穩(wěn)定供應(yīng)。為進(jìn)一步提升柱塞式注水泵的實(shí)用性，本文立足于實(shí)際，從多角度出發(fā)，扎實(shí)做好技術(shù)改進(jìn)與應(yīng)用工作。通過這種方式，不斷強(qiáng)化柱塞式注水泵在石油開發(fā)中的作用，逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段的升級(jí)，構(gòu)建現(xiàn)代、高效的油田生產(chǎn)機(jī)制。