關于南201注水站注水泵管線振動的治理

蔡偉 朱博(長慶油田第四采油廠， 陜西 靖邊 718500)

關于南201注水站注水泵管線振動的治理

蔡偉 朱博(長慶油田第四采油廠， 陜西 靖邊 718500)

油田廣泛采用注水采油技術進行采油生產。注水泵管線是注水系統必不可少的設施之一，其振動直接影響到油井的穩(wěn)定生產、采油質量和效率。過大的振動可能引發(fā)嚴重事故，造成重大經濟損失。因此，對注水泵管線的振動及其治理措施進行研究有著重大的工程意義。本文針對艾家灣作業(yè)區(qū)南201注水站注水泵管線振動過大問題，以此管線為研究對象，研究了管線的振動與減振策略。借助陜西經達公司對管線的振動治理的經驗，在1#泵房注水泵進水管線進口加裝減震包，取得了較好的實驗效果。在上述實驗的基礎上，本文論述了管線結構減振的一般方法，同時結合工程實際對注水泵進、出水管線提出了具有針對性的減振改造措施。

注水泵；管線振動；減振；減震包

作為提高原油生產量和生產效率的有效方式，注水采油是油田采油生產的關鍵環(huán)節(jié)之一，對于維持油井的穩(wěn)定生產起著至關重要的作用。注水系統的安全穩(wěn)定運行直接影響到生產的安全、采油的質量和效率。因此，對于油田注水系統中必不可少的設施之一的注水泵管線系統，保證其性能的穩(wěn)定與運行的安全也就有著非常重大的工程意義。

1 治理管線振動的意義

管線的強烈振動將使管線的結構及其元件產生疲勞破壞、連接部位發(fā)生松動和破裂、動力設備的壽命降低，管路系統的測量儀表失真甚至損毀等。

管線內流體的壓力脈動產生的激振力是管線振動的主要外力之一。由于活塞式壓縮機、往復泵等管道系統中的動力機具有間歇性、周期性吸、排量的特點，將使管流產生脈動[2]。處于脈動狀態(tài)的管內流體，在遇到彎管頭、異徑管、盲板等管道元件時，將產生一定的隨時間而變化的激振力，在這種激振力的作用下，管道及其附屬設備也開始產生振動。

因此，油田注水泵及其管線系統的振動不僅存在重大的安全隱患，還會嚴重影響注水時率。治理好管線振動，保證管線系統安全穩(wěn)定地運行，對提高采油效率及質量都有重要的意義。

2 管線振動機理

管線兩端分別與主動機的出入口、容器、閥門或孔板等設備或裝置相連結。管道及其支承架和與之相連接的各種設備或裝置構成一個復雜的機械結構系統，在有激振力的情況下，這個系統就要產生振動。從力學的角度看，管道系統的振動是一類特殊的機械運動。

管線結構在激振力的作用下，呈現復雜的振動狀態(tài)。當管線流體壓力脈動的頻率與機械結構的固有頻率相重合時，將會產生機械共振，此時管線發(fā)生劇烈的振動。避免管線結構的機械共振是管線振動治理的重要內容。

3 管線振動的主要治理方法

從設備振動的原因、特征及傳播等方面考慮，控制振動主要有以下幾個方法：

(1)減小或消除注水泵系統的振幅。如改善注水泵系統的平衡性能(調節(jié)電機和泵底座平衡度，平衡柱塞質量，加固基礎和地腳螺栓，調節(jié)注水泵傳動系統“四點一線”平衡)，提高機械設備的平衡。

(2)防止共振，減小因為機械共振帶來的振動損害。如，改變系統的固有頻率(管道系統上加裝平衡塊、增加管道支撐、減小支撐間距離)或在注水系統上加裝擾動頻率器。實際應用中加裝平衡塊和增加管道支撐、減小支撐間的距離這幾個措施較易實現。

(3)采取隔振措施，以減小振動的傳遞。如，在管道的固定支撐的部位設置金屬彈簧、軟木或膠皮；在管道連接處使用軟連接，消減振動，目前南201注水站在注水泵進口安裝的減震包就是利用了隔振原理。

4 在南201注水站所做的實驗及取得的效果

依據上述對管線振動的分析和研究，首先試點性的選擇從隔振方面來對管線振動治理進行實驗，我們選擇了在注水泵進口管線安裝如圖5.1所示的減振包，安裝位置如圖5.2所示。試驗的原理是在管線連接處安裝軟連接，通過減振包的膠皮部分緩沖，吸收振動。

該注水泵在安裝減振包之前，每運行半年，注水泵進口管線便會因為振動過大發(fā)生爆裂、破漏，但是自從2015年6月13日給注水泵進口管線安裝該減振包后，管線運行至今仍然完好，無破漏跡象。取得了良好的減振效果。

5 下步工作重點

此次試點試驗僅從隔振措施單方面對注水泵管線系統的振動進行治理，雖然取得了較好的治理效果，但還是沒有從根本上解決管線內流體的脈動壓力問題。由于脈動流體壓力導致玻璃鋼管線脫扣的事件頻繁發(fā)生，不僅存在嚴重的安全環(huán)保隱患，影響油田注水采油生產的穩(wěn)定性，還會帶來復雜的外協問題。所以消減流體脈動壓力對管線振動的治理有著至關重要的意義。

我們下步打算在注水泵出口安裝穿膛式液流脈動消減器，在靠近振源處利用該消減器內置的濾波器過濾、消減流體脈動壓力，從管線振動的根源上治理管線振動的問題。同時，我們還會在下步工作中采取在注水泵底座上加裝平衡塊，增加管道支撐以減小支撐間距離，加固注水泵基礎和地腳螺栓，調節(jié)注水泵傳動系統“四點一線”平衡，在管道的固定支撐的部位加墊厚膠皮，在油維管線改造時減少注水管線中彎管及異徑管的使用數量等輔助性措施來共同治理注水泵管線振動問題。

[1]王勇,人白.世界石化工業(yè)100起特大毀損事件[J].石油規(guī)劃設計,1992.

[2]黨錫淇.活塞式壓縮機氣流脈動與管道振動[M].西:西安交通大學出版社,1984.

[3]錢學軍,梁紅.往復泵排出管線壓力脈動理論研究與實驗對比分析[J].機械研究與應用,2005.

[4]閆祥安,鄭煒.往復泵輸液管道結構振動有限元法分析[J].機械工程學報,1999.