高壓柱塞泵閥失效及改進措施探討

任翔

（大慶油田水務公司技術(shù)開發(fā)公司，黑龍江 大慶 163000）

隨著我國科技水平的不斷發(fā)展進步，數(shù)據(jù)化水平的不斷提升，注水開發(fā)成為油田開采中后期提高采收率的重要措施，注水開發(fā)過程中高壓柱塞泵是影響注水效率的關鍵設備，一旦高壓柱塞泵出現(xiàn)故障，就會影響油田企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，我們需要對可能引發(fā)高壓柱塞泵泵閥失效的原因進行分析，針對實際情況制定科學合理的解決措施，保障高壓柱塞泵的正常工作運行，提高高壓柱塞泵的工作效率，進一步提升油田企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1 高壓柱塞泵的工作原理

高壓柱塞泵的工作原理為皮帶對軸承箱的輸入軸進行帶動，轉(zhuǎn)變軸承的旋轉(zhuǎn)運動，成為柱塞的直線運動，柱塞與泵缸之間的容積發(fā)生變化，隨著液體的反復排出與吸入，內(nèi)部壓力升高。高壓柱塞泵的優(yōu)勢主要變現(xiàn)為工作效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、額定壓力高、流量調(diào)節(jié)方便等，在大流量、高壓等場合被廣泛地應用。在高壓環(huán)境中，柱塞泵的應用十分廣泛，要想達到足夠的注水壓力，滿足注水需求，需要采取三缸單作用柱塞泵。在我們對柱塞泵動力端與液力端不斷優(yōu)化的情況下，實現(xiàn)柱塞泵的安全、穩(wěn)定運行，維修人員對柱塞泵定期的進行維修管理，實現(xiàn)柱塞泵處于良好的運行狀態(tài)，避免柱塞泵在工作運行中出現(xiàn)故障，滿足現(xiàn)場柱塞泵的使用需求。對柱塞泵的生產(chǎn)運行管理力度進一步加強，對柱塞泵在運行中可能存在的安全隱患及時排除，根據(jù)運行實際情況適當?shù)恼{(diào)整柱塞泵的運行參數(shù)，保障柱塞泵的運行效率，減少機件之間的摩擦阻力，實現(xiàn)介質(zhì)增壓目的。

2 研究油田注水開發(fā)的必要性

油田注水開發(fā)的貫徹和落實是科學發(fā)展觀中的重要舉措，也滿足我國社會發(fā)展的客觀需求，是促進我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施的必然決定。我國油田儲量比較豐富，其中大部分為低滲透油氣資源，水性驅(qū)動機制在油田的開發(fā)過程中取得的效果并不理想，造成了油田開發(fā)難度的增加。所以我們要想不斷地提升油田開發(fā)效率，保障油田的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，就要在油田的開采中應用注水開發(fā)技術(shù)，針對油田注水開發(fā)中可能出現(xiàn)的問題，制定科學合理的解決措施，實現(xiàn)油田開采效率的提升，不斷引進新技術(shù)、新設備，提高油田開采方式的科技含量，挖掘油田開發(fā)潛力，促進我國油田企業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)增長。

3 高壓柱塞泵的泵閥失效原因的分析

3.1 柱塞泵注入介質(zhì)對泵閥的影響

油田注水泵經(jīng)常使用的注入介質(zhì)通常情況下都是污水經(jīng)過二次處理后，經(jīng)過我們對處理后的水質(zhì)進行分析可知，水中含有大量的氧、硫化氫、磷、氯離子等腐蝕物質(zhì)，以上腐蝕物質(zhì)與金屬體發(fā)生化學反應后嚴重地影響注水泵的使用安全，可能對注水泵的液力端部件產(chǎn)生腐蝕。

（1）泵閥受到腐蝕影響。柱塞泵泵閥長時間處于腐蝕介質(zhì)中，閥座與閥片就會逐漸地形成一些溝槽與蝕點，影響閥座與閥片的光潔度，可能對泵閥總成產(chǎn)生破壞，造成閥片與閥座之間密封不嚴，注水泵低壓腔內(nèi)會存在液力端高壓腔內(nèi)的水，造成泵排液閥故障，柱塞泵壓力和排量異常。

（2）泵閥體受到結(jié)垢的影響。注入介質(zhì)中一般情況下都會含有一定量的碳酸根離子和鈣鎂離子，注水泵的進水管線中經(jīng)常伴隨有晶體析出，一旦進入柱塞泵中，就會造成柱塞泵泵閥管道的堵塞，對泵體產(chǎn)生損壞，對泵閥產(chǎn)生磨損，造成閥座與閥片之間的密封失效，影響注水泵泵閥的正常工作。

（3）泵閥體受到注入介質(zhì)雜質(zhì)的影響。柱塞泵注入介質(zhì)中一般情況下含有一定量的硫化氫物質(zhì)，而輸水管線及水罐的主要材質(zhì)就是鐵，鐵與硫化氫會發(fā)生電化學反應，產(chǎn)生的物質(zhì)為硫化鐵硬性雜質(zhì)，同時，還有一些污水腐蝕下來的鐵屑及水中本身含有的軟性雜質(zhì)，例如，棉紗、橡膠等。一旦進液閥的通道中，進入以上各種硬性雜質(zhì)及軟性雜質(zhì)，都會引發(fā)通道的堵塞，尤其是造成進入泵缸內(nèi)的水堵塞，引發(fā)排液不通常，隨著雜質(zhì)的不斷堆積，注水泵的進水量隨著注水泵進口的堵塞不斷的下降，造成泵缸內(nèi)吸不上水等嚴重后果，注水泵的泵閥腔內(nèi)就會逐漸地形成負壓區(qū)域。

3.2 柱塞泵進、出口壓力差對泵閥的影響

泵閥會受到柱塞泵進口壓力、出口壓力相差值的影響，在柱塞泵的工作過程中，進液閥、排液閥會形成吸入、排出液體的過程，產(chǎn)生一張一合的現(xiàn)象，在這種現(xiàn)象下會產(chǎn)生較大的沖擊力，一旦沖擊力過大就會損壞進液閥、排液閥的閥座及閥片，同時，還會在聚氯乙烯材質(zhì)的進液閥法閥片上產(chǎn)生一些凸起圓圈，凸起的圓圈與閥座上的孔相對應，進液閥在柱塞泵正常工作運行過程中，一旦稍微轉(zhuǎn)動，就會影響閥座與閥片之間的密封效果，可能造成密封不嚴，嚴重情況下可能打碎進液閥片，影響注水泵進液閥片的功能。

3.3 排液閥密封失效原因分析

造成排液閥損壞的因素比較多，其中最主要的因素為排液閥上閥體在開啟的過程中，在上閥體與閥座形成的流道內(nèi)，高壓流體受到上閥體錐形密封面的影響，對其流動方向進行了改變，產(chǎn)生較大的流動阻力。高壓液體在阻力的影響下同時受到結(jié)構(gòu)的限制，沖刷錐形密封面。在不斷的沖刷過程中，密封面材料逐漸地脫落，在水流方向，形成了多條不規(guī)則的溝槽，密封面出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。油田用污水存在一定的腐蝕性，長時間的污水使用過程中，排液閥可能出現(xiàn)腐蝕、損壞等現(xiàn)象，進液閥在低壓水的沖刷下，密封面脫落的情況逐漸減少，不會再形成溝槽，延長其使用壽命。所以，導致排液閥損壞的主要因素是上閥體密封面受到高壓液體的沖刷導致的。

4 高壓柱塞泵閥失效的改進及措施

4.1 泵閥注水前增添化學藥劑

在高壓柱塞泵中，如果需要添加二次處理后的介質(zhì)，就要根據(jù)實際情況添加適當?shù)幕瘜W藥劑，在注水之前我們需要值得注意的就是，先要將化學藥劑按照相應的要求稀釋好，在各個站點及供水源的高壓端注入高壓柱塞泵閥的導管線中，以上注入的優(yōu)勢就是能夠緩解柱塞泵閥座、閥片受到腐蝕物質(zhì)的影響程度，但是，可能會引發(fā)注水泵中的水由高壓端擠入低壓端，造成高壓柱塞泵出現(xiàn)故障，注水泵的排量與壓強出現(xiàn)異常，不在合理的范圍內(nèi)。柱塞泵泵閥注水前加入適當?shù)幕瘜W藥劑還可以有效保護柱塞泵閥體不受腐蝕物質(zhì)的影響或者降低腐蝕物質(zhì)的影響程度。

4.2 加強泵閥的過濾器和提高泵閥進口壓力

對高壓柱塞泵泵閥前的過濾器過濾作用進一步加強，定期由操作人員對過濾器內(nèi)的雜質(zhì)進行清理，同時，將磁裝置按照相應的要求安裝在過濾器的前后位置。針對高壓柱塞泵內(nèi)不同性質(zhì)的雜質(zhì)種類采取不同的清洗方式，常見的雜質(zhì)分為硬性雜質(zhì)和軟性雜質(zhì)，一般情況下，我們一星期要對注水泵閥前后過濾器進行兩次或兩次以上的清洗作業(yè)，確保高壓柱塞泵泵閥在工作運行過程中不會受到二次處理后介質(zhì)的影響，保障高壓柱塞泵泵閥的安全性能。同時，高壓柱塞泵泵閥的高壓端還可以引入自來水，對供水方式進行適當改變。在注水過程中，我們要高度重視注水進水口、出水口的壓力差，不能超過標準范圍值。針對因為注水壓力強而造成的壓力差過大的井，需要科學合理地控制注入水的壓強，避免損壞高壓柱塞泵的零部件，同時，進水口、出水口的壓力差還可以通過改變供水水源的方式得到解決。

4.3 向注水污水中加阻垢劑

經(jīng)過二次處理后的注入水中還是存在一定的污垢，這時候我們就需要在注入水中加入適當?shù)淖韫竸?，降低和減少污水中垢的析出，避免注水泵中吸入結(jié)晶體，保障注水泵的閥體完好，不受到損傷，阻垢劑的添加主要是最大程度地降低柱塞泵泵閥受到結(jié)垢影響的程度。

4.4 加強柱塞泵前過濾器的日常管理和在其前后加強磁裝置

柱塞泵過濾器的定期清洗處理是十分重要的，主要清洗的就是柱塞泵中可能存在的硬性雜質(zhì)與軟性雜質(zhì)，過濾器清洗完成后，由專業(yè)人員進行檢查，檢查合格后才能繼續(xù)使用。柱塞泵過濾器的使用效果與清理干凈程度有著密切的關系，同時也可以適當?shù)馗淖児┧绞剑伤薰┧?，減小雜質(zhì)進入柱塞泵中的概率，有效地保護柱塞泵泵閥處于最佳的工作狀態(tài)。

4.5 排液閥密封失效解決方案

排液閥在經(jīng)過優(yōu)化后，排液閥上閥體密封面存在一個密封凸緣。開啟排液閥上閥體時，在密封凸緣與閥座形成的流道高壓液體通過，高壓液體的運動方向受到密封凸緣而發(fā)生改變，上閥體密封面不會受到高壓液體的直接沖刷，避免高壓液體對排液閥密封面造成損傷，影響其使用壽命。

高壓柱塞泵本身出現(xiàn)問題也會對閥產(chǎn)生一定的影響，在日常的巡檢過程中，一旦發(fā)現(xiàn)柱塞泵出現(xiàn)較大的噪聲、同時振動異常，表明柱塞泵可能出現(xiàn)問題，首先，我們要對其問題產(chǎn)生的原因進行分析，根據(jù)實際情況制定相應的處理措施，避免影響柱塞泵的正常工作運行。原動機與泵傳功機構(gòu)之間的不同步是造成柱塞泵噪聲和振動異常的主要原因，同時，也要對泵軸進行觀察，是否發(fā)生損壞。想要解決柱塞泵振動異常問題，就要適當?shù)卣{(diào)節(jié)柱塞泵的轉(zhuǎn)速；要想解決噪聲問題，就要檢查管道流體的流速，是否是因為流體與管道振幅相同產(chǎn)生了共振現(xiàn)象導致的，適當?shù)貙α魉龠M行調(diào)節(jié)，節(jié)能解決噪聲問題。管道的安全運行與高壓管道的壓力沖擊有著密切的關系，要想高壓沖擊，就要適當?shù)卣{(diào)節(jié)液體流速，實現(xiàn)管道處于安全、穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

5 油田注水開發(fā)的未來發(fā)展方向

油田開采的中后期，注水開發(fā)是提高開采效率的重要手段，也是油田未來發(fā)展和研究的重點方向，實現(xiàn)油田開發(fā)從事人員及相關研究學者借鑒的重要內(nèi)容，為我國油田注水開發(fā)技術(shù)的提高奠定了堅實的基礎，我們主要從兩個方面對油田注水開發(fā)未來的發(fā)展方向進行闡述。

（1）油田注水開發(fā)的硬件設施方面。對油田注水相關設備的研究進一步加強，在理論研究內(nèi)容的基礎上，對相關設備的研究進程進一步加快，理論基礎是硬件設施高質(zhì)量發(fā)展的重要前提。對硬件設施采取系統(tǒng)化的研究，對注水結(jié)構(gòu)、組成部分在科學技術(shù)的基礎上采取綜合性的研究分析，實現(xiàn)設備工作效率的進一步提升，設備工作流程的可行性研究進一步加強，促進設備運行質(zhì)量和運行水平的不斷提高。

（2）油田注水開發(fā)的軟件建設方面。主要從科學技術(shù)層面進行分析，最近幾年中，隨著我國科技水平的不斷提升，油田注水技術(shù)中也不斷地應用智能化、數(shù)字化的設備，科技含量不斷提升。首先，隨著我們不斷地完善和優(yōu)化注水井智能系統(tǒng)，相關數(shù)據(jù)信息在通信系統(tǒng)的有效傳遞下，決策信息更加智能化，油田的開采效率得到了顯著提升；然后，注水系統(tǒng)中注水智能控制系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)了注水水量的自動控制，儲層效益顯著提升；最后，注水井完井技術(shù)也逐漸地向著智能化的方向發(fā)展，已經(jīng)應用了井邊測調(diào)技術(shù)、智能配水技術(shù)、實時監(jiān)測技術(shù)等，在油田注水過程中發(fā)揮著重要的作用。

6 結(jié)語

經(jīng)過以上的研究和分析，注水開發(fā)成為油田開采中后期提高采收率的重要措施，注水開發(fā)過程中，高壓柱塞泵是影響注水效率的關鍵設備，一旦高壓柱塞泵出現(xiàn)故障，就會影響油田企業(yè)的經(jīng)濟效益。我們需要對影響高壓柱塞泵泵閥失效的原因進行分析，針對實際情況采取科學有效的方法，避免相關介質(zhì)對高壓柱塞泵泵閥產(chǎn)生影響，降低高壓柱塞泵泵閥維修所產(chǎn)生的停機時間，實現(xiàn)高壓柱塞泵工作效率的提升，節(jié)約高壓柱塞泵泵閥的維修成本。同時，高壓柱塞泵的良好運行，也一定程度上保障了注水施工的有序進行，緩解了高壓柱塞泵操作人員的工作壓力，降低了勞動強度，通過我們制定的科學合理預防措施，有效避免高壓柱塞泵出現(xiàn)失效問題，促進油田企業(yè)經(jīng)濟效益的可持續(xù)增長。