
在油田開發(fā)過(guò)程中,注水工藝是保持地層 能 量, 提 高 原油采收率的重要手段。在油田注水系統(tǒng)中,往復(fù)式高壓柱塞泵的應(yīng)用非常廣泛,但是由于油田注水多應(yīng)用處理后的污 水, 導(dǎo) 致 柱 塞 泵 的 工 作 條 件較差。技術(shù)人員對(duì)柱塞泵的故障停 泵 進(jìn) 行 了 統(tǒng) 計(jì) 分 析, 發(fā) 現(xiàn) 柱塞 密 封 系 統(tǒng) 故 障 是 導(dǎo) 致 停 泵 的主要原因,針對(duì)柱塞密封系統(tǒng)失效的原因,對(duì)柱塞密封系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),改進(jìn)后的密封系統(tǒng),可以在不停泵的情況下加注機(jī)油,減少柱塞、盤根的磨損,提高了注水泵的運(yùn)行時(shí)率,降低了工作強(qiáng)度和運(yùn)行費(fèi)用。
油田注水利器
往復(fù)式高壓柱塞泵是油田注水的重要設(shè)備,在保持地層能量、污水回灌等方面應(yīng)用廣泛。但是由于油田注水主要應(yīng)用油井產(chǎn)液分離后的污水,特別是污水回灌系統(tǒng)對(duì)污水處理標(biāo)準(zhǔn)較低,加之地層壓力不斷升高,注水泵的工作條件十分惡劣,現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作量很大,其中最為常見的注水泵故障是柱塞密封系統(tǒng)失效,主要包括盤根刺漏和柱塞腐蝕。由于更換盤根和柱塞必須進(jìn)行啟、停泵,而且需要在泵房?jī)?nèi)長(zhǎng)時(shí)間工作,增加了施工的危險(xiǎn)性,同時(shí)輔助材料的大量消耗,也增加了注水成本。
因此,如何改進(jìn)柱塞密封系統(tǒng),提高其可靠性成為當(dāng)前必須解決的問題。油田注水現(xiàn)場(chǎng)上使用的高壓柱塞泵(見圖 1),屬于容積泵的一種,它借助于柱塞(活塞)在工作腔內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)使工作腔容積產(chǎn)生周期性變化的,從而達(dá)到吸入和排出液體的目的。
在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下,柱塞通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)在缸套中做往復(fù)運(yùn)動(dòng),當(dāng)柱塞從左邊的極限位置向右運(yùn)動(dòng)時(shí),缸內(nèi)形成真空,在儲(chǔ)水罐內(nèi)液體高差(或喂水泵)壓力作用下,擠開吸入閥進(jìn)入缸內(nèi),直到柱塞運(yùn)行到最右邊為止,這一過(guò)程叫吸入過(guò)程;當(dāng)柱塞運(yùn)行到右邊極限位置后,柱塞開始向左邊移動(dòng),缸內(nèi)液體受壓,壓力升高,吸入閥關(guān)閉,排出閥打開,高壓液體經(jīng)排出管排出泵外,這一過(guò)程叫排出過(guò)程.
柱塞泵就是這樣連續(xù)不斷的把液體吸入升壓后排出。在結(jié)構(gòu)上,往復(fù)式柱塞泵工作腔是借助密封裝置與外界隔開,通過(guò)泵閥 ( 吸入閥和排出閥 ) 與管路溝通或閉合,其中的密封裝置就是柱塞密封系統(tǒng),其主要組成部分包括:壓蓋、銅壓套、盤根、導(dǎo)向環(huán)。不同注水泵柱塞密封的工作原理基本相同,通過(guò)上緊壓蓋對(duì)銅壓套進(jìn)行縱向擠壓,從而使銅壓套壓緊盤根,盤根被擠壓膨脹后與柱塞工作面緊密接觸起到密封作用。
漏失問題的產(chǎn)生
造成停泵的主要原因是柱塞密封失效,包括盤根漏失和柱塞的磨損(見圖 2)。通過(guò)對(duì)盤根漏失和柱塞的磨損情況進(jìn)行調(diào)查分析,得出影響注水泵柱塞密封的主要因素為以下幾個(gè)方面。腐蝕對(duì)密封的影響:注水站的主要任務(wù)是污水回灌,所用水源為油田采出液經(jīng)二次處理過(guò)的污水,水中含有大量未能處理的氧、硫化氫、氯離子等腐蝕性物質(zhì),而且由于處理量較大,污水來(lái)不及散熱,溫度一般在 60℃以上。
柱塞長(zhǎng)時(shí)間工作在這種環(huán)境下,本體涂層會(huì)因?yàn)楦g形成很多微小的溝槽和濁點(diǎn),水通過(guò)這些溝槽和濁點(diǎn)在高壓的作用下,經(jīng)柱塞的密封滴入柱塞箱內(nèi),造成盤根刺漏;柱塞與盤根干磨:在更換盤根時(shí),一般會(huì)在盤根中加入潤(rùn)滑油,但是長(zhǎng)時(shí)間使用,潤(rùn)滑油會(huì)被沖蝕變質(zhì),在注水泵啟動(dòng)時(shí),盤根與柱塞在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下劇烈摩擦,常常出現(xiàn)盤根冒煙燒結(jié)現(xiàn)象,造成盤根損壞。
固體雜質(zhì)影響:油田污水經(jīng)處理后仍會(huì)含有一定數(shù)量的固體雜質(zhì),同時(shí)污水在管道中輸送過(guò)程中,也可能會(huì)產(chǎn)生部分雜質(zhì),再加上盤根磨損產(chǎn)生的碎屑。這些固體雜質(zhì)在柱塞和盤根的密封面中無(wú)法排出。注水泵靠柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)排出液體,在正常情況下,每分鐘的往復(fù)次數(shù)可達(dá)到260 次 / 分。高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)使柱塞和盤根之間的相對(duì)速度非常大,固體雜質(zhì)加速了盤根和柱塞的磨損,造成泵效降低,盤根漏失增大,更換頻繁;結(jié)垢的影響:污水中含有鈣鎂離子及碳酸根離子,極易產(chǎn)生碳酸垢,在柱塞停運(yùn)時(shí),柱塞與密封間存在污水,當(dāng)水分蒸發(fā),便有晶體析出,使柱塞泵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生硬性磨損,導(dǎo)致密封失效。
解決漏失問題
在找準(zhǔn)問題的基礎(chǔ)上,我們對(duì)注水站柱塞密封系統(tǒng)進(jìn)行剖析、逐項(xiàng)改進(jìn)。通過(guò)加注機(jī)油形成柱塞和盤根的潤(rùn)滑面來(lái)解決污水腐蝕和盤根干磨的問題,在壓蓋上均勻鉆 6 個(gè)通孔,攻絲后安裝機(jī)油嘴,作為機(jī)油加注孔。在銅壓套臺(tái)階外側(cè)與壓蓋通孔對(duì)應(yīng)處均勻鉆 3 個(gè)通孔,并車出一環(huán)形凹槽,用于機(jī)油儲(chǔ)存盒潤(rùn)滑。同時(shí)在壓蓋內(nèi)側(cè)底部與銅壓套接觸部位車一環(huán)形槽,并安裝 O 型圈,起到密封作用,防止工作腔內(nèi)的機(jī)油滲漏(見圖 3)。
在泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,通過(guò)壓蓋注入的機(jī)油,對(duì)柱塞、銅壓套、盤根之間都產(chǎn)生潤(rùn)滑作用,減少了干磨現(xiàn)象,同時(shí)由于通過(guò)柱塞與盤根的往復(fù)運(yùn)動(dòng),會(huì)在柱塞本體中持續(xù)形成一層機(jī)油膜,對(duì)污水產(chǎn)生一定隔離作用,減少了污水對(duì)柱塞的腐蝕。經(jīng)改進(jìn)的柱塞密封系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)在不停泵的情況下,利用高壓機(jī)油槍加注機(jī)油,減少了啟停泵的次數(shù),同時(shí)延長(zhǎng)了注水泵盤根和柱塞的更 換 周 期, 使 材 料 損 耗 大 大 降低,維護(hù)工作量減低,有效的降低了維修成本,提高了注水泵的運(yùn)行時(shí)率。
為了減少固體雜質(zhì)的影響,在銅壓套臺(tái)階內(nèi)側(cè)里外各車一環(huán)形凹槽,在生產(chǎn)中,往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的碎屑可以進(jìn)入銅壓套前端的凹槽中,同時(shí)利用機(jī)油的攜帶作用,盤根內(nèi)側(cè)的雜質(zhì)也可以被帶出,并儲(chǔ)存在凹槽中。這樣避免了固體雜質(zhì)的對(duì)柱塞和盤根的持續(xù)研磨,只需要更換盤根時(shí)清理凹槽即可。