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（ 華北油田第四采油廠，河北廊坊   065600） 

 摘?要：注水泵是油田生產中應用較為廣泛的一種機械設備，承擔著油田注水的重要任務。針對不同型號的注水泵維修，現有技術缺乏通用型組合工具實現對閥體、閥片、柱塞、填料導向環等部件的拆裝。本文介紹一種通用型注水泵維修組合工具，可以實現對不同型號的注水泵維修，操作省時省力，安全可靠，保證注水效率。

 關鍵詞：注水泵；通用；維修組合工具；注水效率

中圖分類號：TE934.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2024）16-0005-03

 

1項目背景

油田進入開發后期以來，采用注水開發是提高采收率的一個重要手段，通過注水開發使地層恢復原有能量。在油田注水工藝中，注水泵是最常用、最重要的設備。受到使用環境、注入介質、運行時間等因素的影響，注水泵在使用中常出現泵閥失效、密封填料漏失、柱塞磨損與劃痕等故障，影響注水泵的運行^[1]。

1.1注水泵常見故障

1.1.1泵閥失效

現有注水泵在使用中，由于注入介質中含有氧、硫化物、硫以及氯離子等高腐蝕性物質，這些物質與金屬接觸后產生電化學反應，對注水泵泵閥產生腐蝕作用并形成腐蝕性物質。這些腐蝕性物質在長期作用下，會在注水泵泵閥中產生侵蝕凹槽和斑點，使閥座和閥片之間的連接處變得不光潔，損傷泵閥總承，影響閥座和閥片之間的密封性，導致高壓端的水被擠壓到低壓端，引發泵閥失效。當注入介質中含有鈣、鎂以及碳酸離子時，會在注水管線中形成結晶體。這些結晶體在吸水過程中會堵塞管道，并對泵閥產生磨損，損害泵閥，導致泵閥運行失效。

此外，回注油田開采產生的污水，受注水溫度、水質的影響，會導致注水泵的進液閥、排液閥閥芯壽命降低，閥芯損壞后會影響注水泵的排量和泵效，增加能耗。在注水泵維修更換閥芯時，需要同時更換閥座，增加了生產成本和維修工作量^[2]。

1.1.2密封填料刺漏

影響油田注水泵密封填料刺漏的因素有多種，主要包括：現有的密封填料不耐介質腐蝕、不耐高壓，長時間使用引起密封填料老化磨損；填料筒與壓蓋筒的徑向配合間隙過大，導致填料受到的擠壓作用受限，不能產生充分的徑向變形；密封填料隨著注水泵運行時間的增加會出現不同程度的磨損，導致液體泄漏量增加甚至發生刺漏^[3]。

1.1.3柱塞磨損與劃痕

油田注水泵在運行過程中，由于柱塞與缸體之間的雜質顆粒物和潤滑不足，會出現柱塞干磨或卡滯現象，造成柱塞磨損與劃痕。由于柱塞材質的兼容性不佳，與泵送流體不相容也可能導致柱塞的腐蝕或過度磨損。此外，柱塞預緊力不足也會導致運行過程中柱塞打滑從而造成柱塞磨損與劃痕。

1.2注水泵維修現狀

油田注水泵在運行過程中，由于注水泵液力端承受高壓、水介質中含有固體微粒、腐蝕性物質等因素的影響，注水泵在運行一定時間后，造成泵閥失效、密封填料刺漏、柱塞磨損與劃痕等故障，需要及時進行維修，以確保注水泵正常運行。

現有操作方法在注水泵維修更換閥體、閥片、柱塞及密封填料等部件時，由于缺少專用工具，操作耗時長，員工勞動強度大，易造成人身傷害。主要問題體現在以下幾個方面。

1.2.1閥體難以取出

現有操作方法主要采用撞錘工具。利用一定長度的圓桿，其一端為手柄，便于手握且保持圓桿穩定，將帶有中心通孔的撞錘穿過圓桿，圓桿的另一端為外螺紋，將圓桿的外螺紋與注水泵閥體的內螺紋相配合，一手扶手柄，一手持撞錘沿圓桿往復滑動。撞錘撞向手柄便產生一個瞬間的沖擊力，通過往復撞擊從而將閥體拉出注水泵。

這種操作方法在取出閥體時需要兩人操作；在用撞錘撞擊手柄時，易造成手扶操作者手部的傷害。由于閥體受到腐蝕介質的影響，在撞擊取出閥體時，易造成閥體的內螺紋損壞產生滑扣，使閥體無法取出或者閥體損壞而無法繼續使用。

1.2.2柱塞難以取出

由于注水泵的柱塞、壓蓋襯套及導向環等零部件受加工精度、材質、溫度變化以及在運行過程中摩擦造成尺寸誤差增大的影響，導致維保時柱塞取出十分困難。目前，通常采用的取出柱塞方法是將柱塞與連桿旋開分離后，用錘子將其砸出；或者使用套筒頭等工具墊在柱塞的端部，通過盤車讓動力端曲軸連桿推動柱塞，將柱塞頂出。采用錘子將柱塞砸出的方式，敲擊打砸易造成柱塞的損壞；采用套筒頭等工具墊在柱塞的端部，通過盤車取出柱塞的方法，操作時需要一人手扶套筒頭等工具，易造成操作者擠手事件的發生，存在安全隱患。同時，撞擊和敲擊的影響易造成液力端內部零部件的損壞。

1.2.3導向環難以取出

在注水泵更換盤根、閥體和柱塞等維修工作中,需要將填料導向環從注水泵的液力端取出。現有的操作方法在取出填料導向環時缺少專用工具，主要采用空心圓管墊在導向環的邊緣，反復敲擊打砸將填料導向環取出來。該方法在取出填料導向環時操作難度大，空心圓管外徑尺寸與導向環直徑尺寸難以匹配，操作時空心圓管的端部難以卡在導向環端部，易造成導向環和盤根盒的損壞，并且操作用時長，需要多人操作。

1.2.4維修成本增大

受水質中硫、氯離子對高壓柱塞泵閥體、導向環等部件的侵蝕影響，采用敲擊打砸方式常造成注水泵閥體、導向環、柱塞等部件變形損壞而無法取出，需要對各部件進行更換從而造成維修成本增大。

1.2.5工具繁雜不便

生產現場的注水泵生產廠家各不相同，不同廠家生產的閥座、導向環、柱塞等部件尺寸不一。在維修過程中，不同型號、不同生產廠家的注水泵設備所需的維修工具不同，通用性差，取用十分不便，極大地降低了維修操作效率。

2項目思路及制作過程

2.1研究思路

針對現有注水泵維修過程操作不便的現狀，廊坊作業區員工通過分析問題原因并進行現場調查，統計各站生產中應用的不同型號和不同生產廠家注水泵的液力端方形法蘭、閥座、柱塞、導向環等部件的尺寸規格，建立各部件的生產廠家、技術規格數據列表。根據注水泵的閥座、柱塞、填料導向環等部件取出主要應用螺紋傳動原理，結合生產現場不同型號的注水泵（如3H-8/450型高壓柱塞泵、3125P-AI型高壓柱塞泵等），確定一種通用型注水泵維修組合工具的設計方案，以實現不同型號注水泵的閥座、柱塞、填料導向環等部件的便捷拆卸及維修。該創新方案中組合工具的各功能組件形成不同的尺寸系列，工具的適用性更強，加工制作簡單，操作省時省力，安全可靠，可以保證注水時率^[4]。

2.2制作過程

2.2.1導向環取出工具組合

導向環取出工具組合包括：通用型支撐盤、墊套系列、傳力桿、旋轉手柄。

導向環取出工具組合工作原理如下。通用型支撐盤的中心有圓形螺孔，圓形螺孔與傳力桿的中段螺紋相配合；通用型支撐盤的兩側有長圓形孔，可應用于不同型號注水泵的液力端方形法蘭；墊套系列根據不同型號的注水泵配置為系列組合，擇優選用；墊套的端部有內螺紋，可與傳力桿前端的外螺紋配合；傳力桿前端有外螺紋，可與墊套端部的內螺紋配合；傳力桿中端的外螺紋可與通用型支撐盤的中心圓形螺孔配合；旋轉手柄具有方形通孔，方形通孔可與傳力桿端部的方形柱頭配合^[5]。

注水泵導向環取出的實施方案如下。將傳力桿穿過通用型支撐盤的圓形螺孔進行組裝；選擇適當的墊套，并將墊套安裝于傳力桿端部；將通用型支撐盤安裝在液力端泵頭外殼；將旋轉手柄安裝于傳力桿尾端，順時針轉動旋轉手柄，將注水泵填料導向環頂出。

2.2.2柱塞取出工具組合

柱塞取出工具組合為長度與直徑不等的圓柱體系列，圓柱體的一端帶有外螺紋。在柱塞取出時，選擇與柱塞外徑相等的柱塞取出工具，并將其一端的外螺紋與柱塞連接器的內螺紋旋轉連接，通過盤車將柱塞從液力端取出。

2.2.3閥座取出工具組合

閥座取出工具組合包括：方形支撐盤（通用型支撐盤）、導向套筒、拉力桿、旋轉手柄、螺母。

閥座取出工具組合的工作原理如下。方形支撐盤的四角上有圓形通孔（通用型支撐盤為矩形，其中心有圓形通孔，兩端為長形圓孔），圓形通孔的孔徑等于注水泵液力端方形法蘭的孔徑，方形支撐盤有中心圓孔；拉力桿前端有外螺紋，外螺紋用于與注水泵的閥座配合；拉力桿后端的外螺紋與旋轉手柄相配合；拉力桿的中段為圓柱；導向套筒與拉力桿的中段圓柱間隙配合；螺母用于保護拉力桿后端的外螺紋^[6]。

注水泵閥體取出的實施方案如下。卸下注水泵液力端的方形法蘭；將方形支撐盤（通用型支撐盤）安裝在液力端泵頭外殼；將拉力桿前端穿過方形支撐盤的中心圓孔并與閥體進行螺紋連接；將導向套筒穿過拉力桿的尾端安裝于拉力桿上；將旋轉手柄與拉力桿尾端螺紋連接；在拉力桿尾端安裝螺母；順時針轉動旋轉手柄，將注水泵閥體取出。

3使用效果

該創新成果的研制與應用，為通用型注水泵維修組合提供了一種工具。使用該組合工具在不同型號的注水泵泵閥失效、密封填料漏失、柱塞磨損與劃痕故障維修中，可以實現對閥體、柱塞、填料導向環的快速安裝與拆卸，將原來的平均操作時長２小時縮短至40分鐘以內，提高操作速度3倍以上。各組成部件根據生產現場常用的注水泵型號，加工制作成不同尺寸系列，一套組合工具可以適用于不同型號注水泵的維修，工具的適用性更強，操作省時省力，安全可靠，有效保證了注水時率^[7]。

4效益評價

通用型注水泵維修組合工具的研制與應用，有效避免了注水泵維修過程中各組件的損壞，節約了維修成本。以華北油田第四采油廠廊坊作業區為例，每年可減少更換閥座數量50個、填料導向環80個、盤根盒40 個，閥座單價為700元/個，填料導向環單價為60元/個，盤根盒單價為500元/個，每年可節省維修成本50×700+ 80×60+40×500＝59800元。這項成果具有廣泛推廣應用意義。

 

參考文獻

[1] 張維智.油田采出水處理及地面注水技術[D].石油工業出版社,2017.

[2] 張克軍.油田水處理及注水[D].石油工業出版社,2019.

[3] 謝文獻,李桂婷,李金妍等.采油注水——采油工程技術人員業務指導書[D].中國石化出版社,2018.

[4] 張銳.油田注水開發效果評價方法[D].石油工業出版社, 2010.

[5] 黃紅兵,李源流.低滲油田注水開發動態分析方法與實例解析[D].北京工業大學出版社,2021.

[6] 蔣建勛,杜娟,李穎.高等注水工程[D].石油工業出版社, 2021.

[7]劉興,申連讓,張輝.注水泵工崗位技能操作標準化培訓教程[D].中國石化出版社,2019.

 

收稿日期：2024-04-20

作者簡介：岳強（1977—），男，河北廊坊人，研究方向：油田開采。

 

Development and Application of a General Maintenance Combination Tool for Water Injection Pump

YUE Qiang,HE Jianjiang,LIU Hongxin,LI  Yabo,HUANG Yue,CHEN Xiaopan

(The Fourth Oil Production Plant of Huabei Oilfield Company, Langfang  HeBei  065600)

Abstract:Water injection pump is a kind of mechanical equipment widely used in oil field production, which undertakes the important task of oil field water injection. In view of the maintenance of different types of water injection pump, there is no general combination tool to achieve the disassembly and assembly of valve body, valve plate, plunger, packing guide ring and other components in the existing technology Through the development and application of a general injection pump maintenance combination tool to realize the maintenance of different types of injection pump, the operation is time-saving, labor-saving, safe and reliable, and ensure the efficiency of injection water.

Key words:water injection pump;common;maintenance combination tools;water injection efficiency