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在油田開發(fā)過程中，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，往復式高壓柱塞泵的應用非常廣泛，但是由于油田注水多應用處理后的污 水， 導 致 柱 塞 泵 的 工 作 條 件較差。技術人員對柱塞泵的故障停 泵 進 行 了 統(tǒng) 計 分 析， 發(fā) 現(xiàn) 柱塞 密 封 系 統(tǒng) 故 障 是 導 致 停 泵 的主要原因，針對柱塞密封系統(tǒng)失效的原因，對柱塞密封系統(tǒng)進行了改進，改進后的密封系統(tǒng)，可以在不停泵的情況下加注機油，減少柱塞、盤根的磨損，提高了注水泵的運行時率，降低了工作強度和運行費用。
 
油田注水利器
 
往復式高壓柱塞泵是油田注水的重要設備,在保持地層能量、污水回灌等方面應用廣泛。但是由于油田注水主要應用油井產(chǎn)液分離后的污水，特別是污水回灌系統(tǒng)對污水處理標準較低，加之地層壓力不斷升高，注水泵的工作條件十分惡劣，現(xiàn)場維護工作量很大，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行啟、停泵，而且需要在泵房內(nèi)長時間工作，增加了施工的危險性，同時輔助材料的大量消耗，也增加了注水成本。
 
因此,如何改進柱塞密封系統(tǒng)，提高其可靠性成為當前必須解決的問題。油田注水現(xiàn)場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)的往復運動來使工作腔容積產(chǎn)生周期性變化的，從而達到吸入和排出液體的目的。
 
在電動機的帶動下，柱塞通過連桿機構在缸套中做往復運動，當柱塞從左邊的極限位置向右運動時，缸內(nèi)形成真空，在儲水罐內(nèi)液體高差（或喂水泵）壓力作用下，擠開吸入閥進入缸內(nèi)，直到柱塞運行到最右邊為止，這一過程叫吸入過程；當柱塞運行到右邊極限位置后，柱塞開始向左邊移動，缸內(nèi)液體受壓，壓力升高，吸入閥關閉，排出閥打開，高壓液體經(jīng)排出管排出泵外，這一過程叫排出過程.
 
柱塞泵就是這樣連續(xù)不斷的把液體吸入升壓后排出。在結構上，往復式柱塞泵工作腔是借助密封裝置與外界隔開，通過泵閥 ( 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、導向環(huán)。不同注水泵柱塞密封的工作原理基本相同，通過上緊壓蓋對銅壓套進行縱向擠壓，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）。通過對盤根漏失和柱塞的磨損情況進行調查分析，得出影響注水泵柱塞密封的主要因素為以下幾個方面。腐蝕對密封的影響：注水站的主要任務是污水回灌，所用水源為油田采出液經(jīng)二次處理過的污水，水中含有大量未能處理的氧、硫化氫、氯離子等腐蝕性物質，而且由于處理量較大，污水來不及散熱，溫度一般在 60℃以上。
 
柱塞長時間工作在這種環(huán)境下，本體涂層會因為腐蝕形成很多微小的溝槽和濁點，水通過這些溝槽和濁點在高壓的作用下，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，一般會在盤根中加入潤滑油，但是長時間使用，潤滑油會被沖蝕變質，在注水泵啟動時，盤根與柱塞在無潤滑狀態(tài)下劇烈摩擦，常常出現(xiàn)盤根冒煙燒結現(xiàn)象，造成盤根損壞。
 
固體雜質影響：油田污水經(jīng)處理后仍會含有一定數(shù)量的固體雜質，同時污水在管道中輸送過程中，也可能會產(chǎn)生部分雜質，再加上盤根磨損產(chǎn)生的碎屑。這些固體雜質在柱塞和盤根的密封面中無法排出。注水泵靠柱塞的往復運動來排出液體，在正常情況下，每分鐘的往復次數(shù)可達到260 次 / 分。高速往復運動使柱塞和盤根之間的相對速度非常大，固體雜質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，在柱塞停運時，柱塞與密封間存在污水，當水分蒸發(fā)，便有晶體析出，使柱塞泵運行時產(chǎn)生硬性磨損，導致密封失效。
 
解決漏失問題
 
在找準問題的基礎上，我們對注水站柱塞密封系統(tǒng)進行剖析、逐項改進。通過加注機油形成柱塞和盤根的潤滑面來解決污水腐蝕和盤根干磨的問題，在壓蓋上均勻鉆 6 個通孔，攻絲后安裝機油嘴，作為機油加注孔。在銅壓套臺階外側與壓蓋通孔對應處均勻鉆 3 個通孔，并車出一環(huán)形凹槽，用于機油儲存盒潤滑。同時在壓蓋內(nèi)側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)的機油滲漏（見圖 3）。
 
在泵正常運轉過程中，通過壓蓋注入的機油，對柱塞、銅壓套、盤根之間都產(chǎn)生潤滑作用，減少了干磨現(xiàn)象，同時由于通過柱塞與盤根的往復運動，會在柱塞本體中持續(xù)形成一層機油膜，對污水產(chǎn)生一定隔離作用，減少了污水對柱塞的腐蝕。經(jīng)改進的柱塞密封系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在不停泵的情況下，利用高壓機油槍加注機油，減少了啟停泵的次數(shù)，同時延長了注水泵盤根和柱塞的更 換 周 期， 使 材 料 損 耗 大 大 降低，維護工作量減低，有效的降低了維修成本，提高了注水泵的運行時率。
 
為了減少固體雜質的影響，在銅壓套臺階內(nèi)側里外各車一環(huán)形凹槽，在生產(chǎn)中，往復運動產(chǎn)生的碎屑可以進入銅壓套前端的凹槽中，同時利用機油的攜帶作用，盤根內(nèi)側的雜質也可以被帶出，并儲存在凹槽中。這樣避免了固體雜質的對柱塞和盤根的持續(xù)研磨，只需要更換盤根時清理凹槽即可。