关于南201注水站注水泵管线振动的治理

蔡伟 朱博(长庆油田第四采油厂， 陕西 靖边 718500)

关于南201注水站注水泵管线振动的治理

蔡伟 朱博(长庆油田第四采油厂， 陕西 靖边 718500)

油田广泛采用注水采油技术进行采油生产。注水泵管线是注水系统必不可少的设施之一，其振动直接影响到油井的稳定生产、采油质量和效率。过大的振动可能引发严重事故，造成重大经济损失。因此，对注水泵管线的振动及其治理措施进行研究有着重大的工程意义。本文针对艾家湾作业区南201注水站注水泵管线振动过大问题，以此管线为研究对象，研究了管线的振动与减振策略。借助陕西经达公司对管线的振动治理的经验，在1#泵房注水泵进水管线进口加装减震包，取得了较好的实验效果。在上述实验的基础上，本文论述了管线结构减振的一般方法，同时结合工程实际对注水泵进、出水管线提出了具有针对性的减振改造措施。

注水泵；管线振动；减振；减震包

作为提高原油生产量和生产效率的有效方式，注水采油是油田采油生产的关键环节之一，对于维持油井的稳定生产起着至关重要的作用。注水系统的安全稳定运行直接影响到生产的安全、采油的质量和效率。因此，对于油田注水系统中必不可少的设施之一的注水泵管线系统，保证其性能的稳定与运行的安全也就有着非常重大的工程意义。

1 治理管线振动的意义

管线的强烈振动将使管线的结构及其元件产生疲劳破坏、连接部位发生松动和破裂、动力设备的寿命降低，管路系统的测量仪表失真甚至损毁等。

管线内流体的压力脉动产生的激振力是管线振动的主要外力之一。由于活塞式压缩机、往复泵等管道系统中的动力机具有间歇性、周期性吸、排量的特点，将使管流产生脉动[2]。处于脉动状态的管内流体，在遇到弯管头、异径管、盲板等管道元件时，将产生一定的随时间而变化的激振力，在这种激振力的作用下，管道及其附属设备也开始产生振动。

因此，油田注水泵及其管线系统的振动不仅存在重大的安全隐患，还会严重影响注水时率。治理好管线振动，保证管线系统安全稳定地运行，对提高采油效率及质量都有重要的意义。

2 管线振动机理

管线两端分别与主动机的出入口、容器、阀门或孔板等设备或装置相连结。管道及其支承架和与之相连接的各种设备或装置构成一个复杂的机械结构系统，在有激振力的情况下，这个系统就要产生振动。从力学的角度看，管道系统的振动是一类特殊的机械运动。

管线结构在激振力的作用下，呈现复杂的振动状态。当管线流体压力脉动的频率与机械结构的固有频率相重合时，将会产生机械共振，此时管线发生剧烈的振动。避免管线结构的机械共振是管线振动治理的重要内容。

3 管线振动的主要治理方法

从设备振动的原因、特征及传播等方面考虑，控制振动主要有以下几个方法：

(1)减小或消除注水泵系统的振幅。如改善注水泵系统的平衡性能(调节电机和泵底座平衡度，平衡柱塞质量，加固基础和地脚螺栓，调节注水泵传动系统“四点一线”平衡)，提高机械设备的平衡。

(2)防止共振，减小因为机械共振带来的振动损害。如，改变系统的固有频率(管道系统上加装平衡块、增加管道支撑、减小支撑间距离)或在注水系统上加装扰动频率器。实际应用中加装平衡块和增加管道支撑、减小支撑间的距离这几个措施较易实现。

(3)采取隔振措施，以减小振动的传递。如，在管道的固定支撑的部位设置金属弹簧、软木或胶皮；在管道连接处使用软连接，消减振动，目前南201注水站在注水泵进口安装的减震包就是利用了隔振原理。

4 在南201注水站所做的实验及取得的效果

依据上述对管线振动的分析和研究，首先试点性的选择从隔振方面来对管线振动治理进行实验，我们选择了在注水泵进口管线安装如图5.1所示的减振包，安装位置如图5.2所示。试验的原理是在管线连接处安装软连接，通过减振包的胶皮部分缓冲，吸收振动。

该注水泵在安装减振包之前，每运行半年，注水泵进口管线便会因为振动过大发生爆裂、破漏，但是自从2015年6月13日给注水泵进口管线安装该减振包后，管线运行至今仍然完好，无破漏迹象。取得了良好的减振效果。

5 下步工作重点

此次试点试验仅从隔振措施单方面对注水泵管线系统的振动进行治理，虽然取得了较好的治理效果，但还是没有从根本上解决管线内流体的脉动压力问题。由于脉动流体压力导致玻璃钢管线脱扣的事件频繁发生，不仅存在严重的安全环保隐患，影响油田注水采油生产的稳定性，还会带来复杂的外协问题。所以消减流体脉动压力对管线振动的治理有着至关重要的意义。

我们下步打算在注水泵出口安装穿膛式液流脉动消减器，在靠近振源处利用该消减器内置的滤波器过滤、消减流体脉动压力，从管线振动的根源上治理管线振动的问题。同时，我们还会在下步工作中采取在注水泵底座上加装平衡块，增加管道支撑以减小支撑间距离，加固注水泵基础和地脚螺栓，调节注水泵传动系统“四点一线”平衡，在管道的固定支撑的部位加垫厚胶皮，在油维管线改造时减少注水管线中弯管及异径管的使用数量等辅助性措施来共同治理注水泵管线振动问题。

[1]王勇,人白.世界石化工业100起特大毁损事件[J].石油规划设计,1992.

[2]党锡淇.活塞式压缩机气流脉动与管道振动[M].西:西安交通大学出版社,1984.

[3]钱学军,梁红.往复泵排出管线压力脉动理论研究与实验对比分析[J].机械研究与应用,2005.

[4]闫祥安,郑炜.往复泵输液管道结构振动有限元法分析[J].机械工程学报,1999.