柱塞泵柱塞強(qiáng)制潤滑技術(shù)研究與效果評價(jià)

劉炳峰，陶操

（長慶油田分公司第三采油廠，寧夏 銀川 750006）

1 出現(xiàn)的情況探索

（1）柱塞、盤根損傷失效的原因?，F(xiàn)有的柱塞密封方式主要是依靠盤根壓帽壓緊力，擠壓盤根產(chǎn)生塑性變形，因而達(dá)到柱塞與盤根環(huán)形間隙減小，達(dá)到減少盤根漏失的效果。油田注水主要使用柱塞式往復(fù)泵進(jìn)行油田注水作業(yè)。油田注水水源又是采出地下深層的地層水，含鹽高，雜質(zhì)多，特別是摻雜小顆粒物。由于水質(zhì)的特性，因而，容易造成柱塞的腐蝕和小顆粒物在柱塞和盤根間往返摩擦，使表面拉傷而損壞，致使柱塞密封失效，而需更換盤根和柱塞。同時(shí)，柱塞間隙的漏失量沒有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量數(shù)據(jù)，依據(jù)現(xiàn)場的經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整盤根壓帽的松緊度，容易造成過緊使盤根燒壞，檢查調(diào)整不及時(shí)造成盤根失效而更換。柱塞式往復(fù)泵的柱塞密封失效的主要原因?yàn)橹ぷ髦械纳岵蛔慵罢{(diào)整不及時(shí)，致使盤根密封失效；顆粒物在柱塞與盤根間隙造成摩擦拉傷柱塞表面致使柱塞失效。同時(shí)，采出地下深層的地層水的水質(zhì)特性，柱塞與盤根的散熱和潤滑效果下降，使柱塞和盤根腐蝕和磨損加速，維修周期縮短。由于柱塞長期在含鹽高，雜質(zhì)多，特別是摻雜小顆粒物采出地下深層的地層水水質(zhì)環(huán)境下工作，在柱塞表面上，會經(jīng)常見到有拉傷和腐蝕的現(xiàn)象。而產(chǎn)生腐蝕的主要原因是柱塞受含鹽高水質(zhì)的影響，在高壓、往復(fù)柱塞運(yùn)動產(chǎn)生摩擦力的多重作用下，化學(xué)腐蝕反應(yīng)速度加快，造成柱塞產(chǎn)生點(diǎn)狀穴蝕。由于自身的點(diǎn)狀穴蝕，造成柱塞與盤根的動密封面間隙增大，致使盤根漏失量增大；同時(shí)，柱塞的點(diǎn)狀穴蝕面與盤根接觸面產(chǎn)生接觸，拉傷盤根，加速了盤根失效速度，致使柱塞、盤根更換周期縮短。

（2）改進(jìn)主要方法。①改變柱塞與盤根間的工作介質(zhì)。改變柱塞與盤根間的工作介質(zhì)，使用潤滑油進(jìn)入柱塞與盤根間的環(huán)形縫隙，阻止泵頭高壓水進(jìn)入柱塞與盤根間的環(huán)形縫隙。由于減少了高壓水進(jìn)入柱塞與盤根間的環(huán)形縫隙，潤滑油的粘度相對水粘度大，在柱塞表面容易形成油膜，隔離了水在柱塞表面的存在，因而，消除了柱塞表面的腐蝕；潤滑油進(jìn)入柱塞與盤根間的環(huán)形縫隙，依據(jù)流體力學(xué)，流體在環(huán)形縫隙的流動為縫隙流動，通常為層流。從而，減小了柱塞與盤根的摩擦，進(jìn)而可以達(dá)到延長柱塞和盤根使用時(shí)間的效果。

式中符號：Q——流量，cm3/s；d——柱塞直徑cm；pΔ——壓差，kgf/cm2；δ——縫隙，cm；μ——動力粘度，kgf·s/m2；l——縫隙長度，cm。

式中符號：Q——流量，cm3/s；d——柱塞直徑cm，m；μ——動力粘度，kgf．s/m2；l——縫隙長度，cm。

②改變盤根截面形狀。現(xiàn)有的柱塞密封采用矩形碳纖維盤根，密封方式主要是依靠盤根壓帽壓緊力，擠壓盤根產(chǎn)生塑性變形，因而達(dá)到柱塞與盤根環(huán)形間隙減小，達(dá)到減少盤根漏失的效果。因此，隨著使用時(shí)間的增加，在高壓渦流的作用下，沿著盤根壓帽方向的間隙是由小向大呈楔形增大，這也是盤根使用時(shí)間縮短的原因之一。根據(jù)目前注水壓力，選用適用往復(fù)運(yùn)動的V形動密封，材料為橡膠件。V形動密封特點(diǎn)是密封性能好，耐壓高。

（3）柱塞式往復(fù)泵密封強(qiáng)制潤滑技術(shù)設(shè)計(jì)示意圖如圖1、圖2、圖3。

圖1

圖2 改造前柱塞泵

圖3 改造后柱塞泵

（4）改造后效果。完成安42站5ZB-20/43柱塞泵柱塞強(qiáng)制潤滑改造后，更換柱塞5只，盤根20只。較以前的盤根更換周期通常為7～12天，柱塞更換平均周期為25天，大有延長，降低了故障率和生產(chǎn)成本，提高了注水效率。由于柱塞室與動力端之間只是潤滑油存在，沒有水分進(jìn)入，隔斷了動力端潤滑油乳化因素，消除了動力端潤滑油乳化現(xiàn)象。減少了潤滑油因乳化造成的失效，減少了生產(chǎn)成本。同期減少潤滑油消耗640公斤。圖4為柱塞泵基本結(jié)構(gòu)圖。

圖4 柱塞泵基本結(jié)構(gòu)圖

2 項(xiàng)目組織管理

（1）成立項(xiàng)目組。成立了以具有豐富現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員為組員的項(xiàng)目組，實(shí)施課題長負(fù)責(zé)制，共同開展項(xiàng)目。

（2）建立項(xiàng)目管理制度。細(xì)化節(jié)點(diǎn)管理，定期組織課題組成員開展項(xiàng)目進(jìn)展匯報(bào)與對接，確保研究進(jìn)度。強(qiáng)化試驗(yàn)過程監(jiān)管，嚴(yán)格方案編制、審核工作；加強(qiáng)施工組織，確保實(shí)施質(zhì)量。做好技術(shù)交流、現(xiàn)場監(jiān)督及生產(chǎn)現(xiàn)場試驗(yàn)監(jiān)督，加強(qiáng)現(xiàn)場試驗(yàn)資料的錄取工作，為后期效果評價(jià)提供可靠依據(jù)。

3 成果應(yīng)用評價(jià)及前景

2017年8月3日開始，在胡尖山作業(yè)區(qū)安42站5ZB-20/43柱塞泵進(jìn)行柱塞強(qiáng)制潤滑改造，同月5日結(jié)束改造工作，柱塞泵投入試運(yùn)行，到目前為止，運(yùn)行正常，滿足該泵運(yùn)行要求。柱塞強(qiáng)制潤滑改造后，在柱塞表面容易形成油膜，隔離了水在柱塞表面的存在，因而，消除了柱塞表面的腐蝕，同時(shí)，舊柱塞的表面除了拉傷痕跡以外，表面粗糙度略有提高。安42站月注水11836M3，柱塞強(qiáng)制潤滑裝置月消耗機(jī)油33L，符合注水水質(zhì)含油要求(145mg/l)。

通過柱塞式往復(fù)泵密封強(qiáng)制潤滑技術(shù)的使用，提高了柱塞與盤根間隙的潤滑效果，由于它們之間油膜的形成，避免了調(diào)整盤根造成的柱塞與盤根直接接觸造成的磨損和發(fā)熱；同時(shí)，通過柱塞的往復(fù)運(yùn)動不斷將潤滑油帶入或帶進(jìn)柱塞與盤根間隙中，起到輸出熱量和帶入新的潤滑油進(jìn)入柱塞與盤根間隙中的作用，形成了良好的潤滑工作循環(huán)，進(jìn)而降低了柱塞與盤根的磨損，延長了它們的使用壽命。

通過使用V型密封組件，有效的阻止顆粒物進(jìn)入柱塞與密封間隙；在高壓液流的推動下，V型密封向邊緣縱向張開，進(jìn)一步加強(qiáng)了柱塞與密封、函體與密封的效果，阻止了顆粒物對柱塞表面的拉傷。

同時(shí)，消除了往復(fù)式柱塞泵原有的柱塞室漏失介質(zhì)地面排放與環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了潤滑油循環(huán)使用，無環(huán)境污染。產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：每月節(jié)約材料費(fèi)用0．8萬元，節(jié)約潤滑油費(fèi)用0．25萬元，每年總計(jì)節(jié)約費(fèi)用12．6萬元/臺，經(jīng)濟(jì)效益較好，有較好的實(shí)用價(jià)值和推廣前景。

4 結(jié)語

目前，密封強(qiáng)制潤滑技術(shù)使用不足半年，應(yīng)用效果還有待進(jìn)一步跟蹤分析，下一步通過觀察使用情況，持續(xù)驗(yàn)證該技術(shù)的應(yīng)用效果和可靠性。密封強(qiáng)制潤滑技術(shù)使用V形動密封，材料為丁腈膠，價(jià)格略高。下一步通過水質(zhì)監(jiān)測，尋找出更為廉價(jià)，且耐用的材料，降低材料費(fèi)用和成本。

參考文獻(xiàn):

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