田新民，許 麗，李 穎

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠生產(chǎn)運(yùn)行科，寧夏 銀川 750006）

近年來(lái)，隨著油田的開(kāi)發(fā)，為了提高注水效率，減少注水網(wǎng)點(diǎn)的初期建設(shè)成本投入，一般采用集中注水的模式。集中注水工藝要求注水泵具備高揚(yáng)程、大排量的特點(diǎn)。我廠的注水泵參數(shù)從小到大都一直沿用傳統(tǒng)的立式注水泵結(jié)構(gòu)，在高壓的工作環(huán)境下注水泵缸體的密封函體孔和塞頭孔位置易出現(xiàn)裂縫，形成了高壓水漏失。由于開(kāi)裂部位無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，必須換新注水泵。更換注水泵期間不僅影響正常注水，還大大增加了運(yùn)行費(fèi)用。為了解決頻繁出現(xiàn)的缸體開(kāi)裂現(xiàn)象，必須對(duì)其進(jìn)行改造。

一、柱塞式高壓立式注水泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

1.柱塞式高壓立式注水泵結(jié)構(gòu)

長(zhǎng)慶油田第三采油廠有大排量柱塞式結(jié)構(gòu)往復(fù)注水泵30余臺(tái)，其動(dòng)力端的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由六部分組成。

通過(guò)對(duì)全廠14臺(tái)此結(jié)構(gòu)的注水泵參數(shù)和使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注水壓力在15MPa以上時(shí)，注水泵缸體就有開(kāi)裂現(xiàn)象出現(xiàn)，使用壽命最短的缸體僅2天，注水壓力越高，出現(xiàn)問(wèn)題的幾率也越高。注水泵的缸體是泵的主要部件，作為泵的一個(gè)主要部件，屬于非易損件，頻繁發(fā)生開(kāi)裂是不正常的。

2.注水泵工作原理

立式注水泵工作是利用進(jìn)液閥和排液閥，將注水泵分割為上部的高壓腔體，進(jìn)液閥和排液閥之間形成的過(guò)渡腔體，以及下部的低壓腔體。利用進(jìn)液閥和排液閥交替開(kāi)啟，將低壓液體加壓后，輸送到外部管道。其工作原理是，柱塞向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，壓縮注水泵內(nèi)的液體，進(jìn)液閥關(guān)閉，排液閥的上閥體被推開(kāi)，高壓液體沿著上閥體密封面和閥座上密封面直接形成的流道，進(jìn)入注水泵的高壓腔體，并流入外部管道。柱塞向后運(yùn)動(dòng)，注水泵內(nèi)壓力下降，排液閥關(guān)閉，注水泵內(nèi)壓力下降，進(jìn)液閥上閥體克服外部進(jìn)液管線液體壓力和注水泵內(nèi)的壓力差的作用，向上移動(dòng)，液體流入注水泵中間腔體，完成一個(gè)工作循環(huán)。

二、注水泵開(kāi)裂原因分析

柱塞從動(dòng)力端向液力端運(yùn)行時(shí)，對(duì)注水泵過(guò)渡腔體內(nèi)液體進(jìn)行加壓，由于液體對(duì)壓力的傳遞各方向相同，安裝密封函體的孔也受到高壓液體作用；柱塞從液力端向動(dòng)力端運(yùn)行時(shí)是液體吸入階段，此時(shí)腔體呈低壓吸入液體，在吸液和排液的過(guò)程中函體安裝孔受到低壓和高壓液體的交替周期作用，作用力在孔的周圍產(chǎn)生交變應(yīng)力。注水泵安裝函體的孔是缸體最薄的地方，受到高壓和低壓液體產(chǎn)生的交變應(yīng)力作用一段時(shí)間后，孔壁周圍材料發(fā)生疲勞，在孔的軸向方向發(fā)生微小裂紋，繼續(xù)受力后，裂紋迅速擴(kuò)大直至裂通到缸體外表面，高壓水滲出。同樣的原理，安裝塞頭的孔和塞頭由于檢修時(shí)需要拆卸，屬大間隙配合，在受到高壓液體作用后，和函體孔發(fā)生同樣的開(kāi)裂。圖2是改進(jìn)前的密封函體結(jié)構(gòu)圖。

三、注水泵開(kāi)裂解決方案

上面分析了注水泵開(kāi)裂的主要原因是過(guò)渡腔里液體形成的高壓和低壓交變作用力。圖3是改進(jìn)后的密封函體結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變密封函體的結(jié)構(gòu)尺寸，利用密封函體作為過(guò)渡腔受壓腔，避免高壓交變液體直接作用到函體孔，從而避免發(fā)生注水泵開(kāi)裂的現(xiàn)象。

在塞頭孔的位置，將塞頭孔內(nèi)徑加大，安裝一個(gè)過(guò)盈配合的軸套，軸套材料為高強(qiáng)度合金鋼制作。

其結(jié)構(gòu)改進(jìn)特點(diǎn)是：將密封函體定位臺(tái)階加長(zhǎng)加厚，長(zhǎng)度和注水泵側(cè)壁一致，定位臺(tái)階與孔配合采用過(guò)盈配合。利用函體的定位臺(tái)階，將高壓液體隔離，避免了高壓液體直接作用到函體孔內(nèi)壁，高壓液體只對(duì)函體內(nèi)腔產(chǎn)生作用，由于函體尺寸長(zhǎng)，加工采用合金鋼鍛造加工，具有耐腐蝕，強(qiáng)度高的特點(diǎn)。內(nèi)壁加厚以后，其在受到高壓液體產(chǎn)生的交變應(yīng)力作用，壽命也大大提高。即便函體開(kāi)裂，發(fā)生漏水，由于函體價(jià)格低，且也方便更換。塞頭孔位置安裝一個(gè)軸套，利用軸套在受力后，發(fā)生破壞，代替原來(lái)的孔直接受力產(chǎn)生裂紋，可以避免因孔開(kāi)裂而報(bào)廢注水泵的現(xiàn)象發(fā)生。

四、效果及結(jié)論分析

2009年在長(zhǎng)慶油田第三采油廠新寨作業(yè)區(qū)一臺(tái)注水泵上，安裝了改進(jìn)后的注水泵和密封函體，在泵壓是16MPa壓力下，使用1年后檢查新結(jié)構(gòu)的注水泵和函體以及塞頭軸套，沒(méi)有發(fā)生開(kāi)裂的現(xiàn)象。

[1]劉和平.柱塞泵使用與維護(hù)[M].2006.