柱塞式注水泵技术改进与应用分析

李军+欧永红

摘 要：随着我国经济的快速发展，社会对于石油的需求量越来越高，这就给石油开采工作提出了更高的要求。在石油开采中注水泵起着至关重要的作用，它的性能状况对采油效率和采油量都有很大的影响。近年来，在石油开采中所使用的中高压、排量小的柱塞式注水泵已经不能满足油田注采工艺要求，而且柱塞式注水泵在工作中还经常发生故障，使用寿命大大缩短，因此，对柱塞式注水泵进行技术改造势在必行。本文从材料和结构两个方面对柱塞式注水泵技术改造进行了阐述，以期对柱塞式注水泵技术改造提供参考。

关键词：柱塞式；注水泵；技术；改进；应用

中图分类号： TE9 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）31-183-2

0 引言

柱塞式注水泵是石油开采中重要的机械设备之一，在注水开采工艺中起着至关重要的作用，对于石油开采效率和开采量都有很大影响。过去，油田开采中所使用的柱塞式注水泵的技术参数都是中高压、排量小，而随着社会对石油需求量的提高，要求注水泵的技术参数达到高压标准，并且向着高效、节能方向发展。显然，我们要想满足开采工艺要求，就要采取措施对柱塞式注水泵技术进行改造，提高其综合性能，提高石油开采效率，增加石油开采量，促进油田企业的持续发展。

1 柱塞填料密封结构及材料的改进

1.1 柱塞填料密封同步隔离技术

柱塞式注水泵内部零件经常由于长时间的摩擦而受到损伤，其主要原因就是没有做好润滑工作，而对于一些隐蔽的零件通过外部润滑起不到良好的效果，只有想办法借助其他途径对内部零件起到润滑作用，才能降低注水泵的故障率。基于此，我们可以采取在柱塞填料密封函体结构中增设介质腔的方法，如图1所示，密封介质腔体上部与润滑油罐连接，为了避免压力失衡，可以借助取压通道，使输送的介质在介质腔中保持平衡，而介质腔上部连接的润滑油罐能够对柱塞起到润滑作用，从而有效降低了柱塞与填料之间长时间的磨损，减少了注水泵的故障发生概率，延长了其使用寿命，同时还提高了注水泵效率。

1.2 填充材料改进技术

过去注水泵的填充材料大都为碳纤24锭编织材料，虽然其强度也比较高，但是在过高的工作压力下还是容易出现断裂或损坏。因此，我们需要对注水泵填充材料进行改进，由新型的U形改性材料SD5和芳纶纤维矩形盘根来代替，其中U形改性材料SD5的耐压力可高达120MPa，因而，可以承受更高的工作压力，不容易出现损坏。除了对注水泵填料的改造外，对于其装配结构也要有所改进，可以每隔两道填料都安装一个阻流环，阻流环中含有的成本包括石墨、聚四氟乙烯和二硫化钼，并且，在此基础上增加补偿弹簧。这样一来，柱塞填料为注水泵起到了润滑作用，阻流环起到了自动调整作用，补偿弹簧起到了自动补偿作用，同时，阻流环和补偿弹簧对填料也有保护功能，因此，通过采取这些措施既提高了注水泵性能又延长了填料的使用寿命。图2为组合填料密封结构实物图。

2 柱塞喷涂材料及连接方式改进

2.1 柱塞喷涂材料改进

在含颗粒腐蚀性污水介质中选用45#钢基材表面超音速喷涂Ni60/WC复合金属涂层柱塞，在材料硬度与韧性之间寻求平衡，改善涂层易裂、易剥落的情况。涂层允许变形量超过8%，涂层硬度达1000HV，结合强度大于30MPa耐磨蚀性能和抗磨粒磨损性能大大提高，对密封填料的要求降低，并减少了填料的消耗。如果涂层介质为清水，它具有流速高、回流快、压力大的特点，而优点则是绿色环保、无污染。

2.2 柱塞自动调心技术

过去注水泵中的柱塞与连接杆之间的连接结构为螺纹硬连接，改进后我们使用复式卡环连接结构来代替，在连接过程中，连接杆与柱塞之间有一点量的偏心是可以接受的。但是需要注意的是，在密封函体导向套内的柱塞要始终保持直接运动，这样做的目的是为了尽量避免柱塞与密封件之间的磨损对柱塞和密封件造成损伤，进而延长柱塞、导向套以及填料的使用寿命。

2.3 泵阀结构及材料的改进

采用螺旋导向复合密封锥型组合阀组（见图4）替代原立式上下分体阀，进液阀和排液阀组合在同一阀体上，安装、拆卸方便。阀座选择高强度、高硬度、抗腐蚀材料O5Cr17Ni4Cu4Nb或316/WC（硬质合金），金属阀芯锥面上结合非金属密封材料，改善了密封性能。经过可靠性试验后发现阀芯导向翼从直线型过渡到带一定角度型，可使阀芯在阀座孔上、下运动时转动，阀密封面磨损均匀，延长了阀的寿命。

3 柱塞式注水泵改进后的应用分析

通过对柱塞式注水泵柱塞填料密封结构及材料和柱塞喷涂材料及连接方式的改进后，取得了良好的效果，使柱塞式注水泵整体性能有了大大提高。具体表现在以下三个方面：第一，过去的注水泵内部的易损零件使用寿命得到延长。其中包括柱塞、填料和泵阀等零件的使用寿命都是增加了两倍，甚至更长。第二，注水泵机组的工作效率明显提高，据统计，改进后的注水泵效率比过去提高了至少10%，并且注水单耗量也比过去降低了很多。第三，大大降低了生产工艺的运行成本，注水泵效率的提高使运行耗电量大大减少，节约了大笔的电费开支，同时，注水泵整体性能提高了在运行过程中所消耗的机油量也明显减少，总之，系统整体运行成本得到降低，提高了油田企业的经济效益。

4 结束语

为了适应市场需求的变化，油田企业必须采取措施提高采油效率和采油量。在采用注水采油工艺时，对柱塞式注水泵性能进行改良，可以大大提高运行效率，延长注水泵内部零件的使用寿命，同时，降低运行成本，使企业实现良好的经济效益。