岳 强 赫建江 刘红新 李亚博 黄 月 陈晓潘

（ 华北油田第四采油厂，河北廊坊   065600） 

 摘 要：注水泵是油田生产中应用较为广泛的一种机械设备，承担着油田注水的重要任务。针对不同型号的注水泵维修，现有技术缺乏通用型组合工具实现对阀体、阀片、柱塞、填料导向环等部件的拆装。本文介绍一种通用型注水泵维修组合工具，可以实现对不同型号的注水泵维修，操作省时省力，安全可靠，保证注水效率。

 关键词：注水泵；通用；维修组合工具；注水效率

中图分类号：TE934.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2024）16-0005-03

 

1项目背景

油田进入开发后期以来，采用注水开发是提高采收率的一个重要手段，通过注水开发使地层恢复原有能量。在油田注水工艺中，注水泵是最常用、最重要的设备。受到使用环境、注入介质、运行时间等因素的影响，注水泵在使用中常出现泵阀失效、密封填料漏失、柱塞磨损与划痕等故障，影响注水泵的运行^[1]。

1.1注水泵常见故障

1.1.1泵阀失效

现有注水泵在使用中，由于注入介质中含有氧、硫化物、硫以及氯离子等高腐蚀性物质，这些物质与金属接触后产生电化学反应，对注水泵泵阀产生腐蚀作用并形成腐蚀性物质。这些腐蚀性物质在长期作用下，会在注水泵泵阀中产生侵蚀凹槽和斑点，使阀座和阀片之间的连接处变得不光洁，损伤泵阀总承，影响阀座和阀片之间的密封性，导致高压端的水被挤压到低压端，引发泵阀失效。当注入介质中含有钙、镁以及碳酸离子时，会在注水管线中形成结晶体。这些结晶体在吸水过程中会堵塞管道，并对泵阀产生磨损，损害泵阀，导致泵阀运行失效。

此外，回注油田开采产生的污水，受注水温度、水质的影响，会导致注水泵的进液阀、排液阀阀芯寿命降低，阀芯损坏后会影响注水泵的排量和泵效，增加能耗。在注水泵维修更换阀芯时，需要同时更换阀座，增加了生产成本和维修工作量^[2]。

1.1.2密封填料刺漏

影响油田注水泵密封填料刺漏的因素有多种，主要包括：现有的密封填料不耐介质腐蚀、不耐高压，长时间使用引起密封填料老化磨损；填料筒与压盖筒的径向配合间隙过大，导致填料受到的挤压作用受限，不能产生充分的径向变形；密封填料随着注水泵运行时间的增加会出现不同程度的磨损，导致液体泄漏量增加甚至发生刺漏^[3]。

1.1.3柱塞磨损与划痕

油田注水泵在运行过程中，由于柱塞与缸体之间的杂质颗粒物和润滑不足，会出现柱塞干磨或卡滞现象，造成柱塞磨损与划痕。由于柱塞材质的兼容性不佳，与泵送流体不相容也可能导致柱塞的腐蚀或过度磨损。此外，柱塞预紧力不足也会导致运行过程中柱塞打滑从而造成柱塞磨损与划痕。

1.2注水泵维修现状

油田注水泵在运行过程中，由于注水泵液力端承受高压、水介质中含有固体微粒、腐蚀性物质等因素的影响，注水泵在运行一定时间后，造成泵阀失效、密封填料刺漏、柱塞磨损与划痕等故障，需要及时进行维修，以确保注水泵正常运行。

现有操作方法在注水泵维修更换阀体、阀片、柱塞及密封填料等部件时，由于缺少专用工具，操作耗时长，员工劳动强度大，易造成人身伤害。主要问题体现在以下几个方面。

1.2.1阀体难以取出

现有操作方法主要采用撞锤工具。利用一定长度的圆杆，其一端为手柄，便于手握且保持圆杆稳定，将带有中心通孔的撞锤穿过圆杆，圆杆的另一端为外螺纹，将圆杆的外螺纹与注水泵阀体的内螺纹相配合，一手扶手柄，一手持撞锤沿圆杆往复滑动。撞锤撞向手柄便产生一个瞬间的冲击力，通过往复撞击从而将阀体拉出注水泵。

这种操作方法在取出阀体时需要两人操作；在用撞锤撞击手柄时，易造成手扶操作者手部的伤害。由于阀体受到腐蚀介质的影响，在撞击取出阀体时，易造成阀体的内螺纹损坏产生滑扣，使阀体无法取出或者阀体损坏而无法继续使用。

1.2.2柱塞难以取出

由于注水泵的柱塞、压盖衬套及导向环等零部件受加工精度、材质、温度变化以及在运行过程中摩擦造成尺寸误差增大的影响，导致维保时柱塞取出十分困难。目前，通常采用的取出柱塞方法是将柱塞与连杆旋开分离后，用锤子将其砸出；或者使用套筒头等工具垫在柱塞的端部，通过盘车让动力端曲轴连杆推动柱塞，将柱塞顶出。采用锤子将柱塞砸出的方式，敲击打砸易造成柱塞的损坏；采用套筒头等工具垫在柱塞的端部，通过盘车取出柱塞的方法，操作时需要一人手扶套筒头等工具，易造成操作者挤手事件的发生，存在安全隐患。同时，撞击和敲击的影响易造成液力端内部零部件的损坏。

1.2.3导向环难以取出

在注水泵更换盘根、阀体和柱塞等维修工作中,需要将填料导向环从注水泵的液力端取出。现有的操作方法在取出填料导向环时缺少专用工具，主要采用空心圆管垫在导向环的边缘，反复敲击打砸将填料导向环取出来。该方法在取出填料导向环时操作难度大，空心圆管外径尺寸与导向环直径尺寸难以匹配，操作时空心圆管的端部难以卡在导向环端部，易造成导向环和盘根盒的损坏，并且操作用时长，需要多人操作。

1.2.4维修成本增大

受水质中硫、氯离子对高压柱塞泵阀体、导向环等部件的侵蚀影响，采用敲击打砸方式常造成注水泵阀体、导向环、柱塞等部件变形损坏而无法取出，需要对各部件进行更换从而造成维修成本增大。

1.2.5工具繁杂不便

生产现场的注水泵生产厂家各不相同，不同厂家生产的阀座、导向环、柱塞等部件尺寸不一。在维修过程中，不同型号、不同生产厂家的注水泵设备所需的维修工具不同，通用性差，取用十分不便，极大地降低了维修操作效率。

2项目思路及制作过程

2.1研究思路

针对现有注水泵维修过程操作不便的现状，廊坊作业区员工通过分析问题原因并进行现场调查，统计各站生产中应用的不同型号和不同生产厂家注水泵的液力端方形法兰、阀座、柱塞、导向环等部件的尺寸规格，建立各部件的生产厂家、技术规格数据列表。根据注水泵的阀座、柱塞、填料导向环等部件取出主要应用螺纹传动原理，结合生产现场不同型号的注水泵（如3H-8/450型高压柱塞泵、3125P-AI型高压柱塞泵等），确定一种通用型注水泵维修组合工具的设计方案，以实现不同型号注水泵的阀座、柱塞、填料导向环等部件的便捷拆卸及维修。该创新方案中组合工具的各功能组件形成不同的尺寸系列，工具的适用性更强，加工制作简单，操作省时省力，安全可靠，可以保证注水时率^[4]。

2.2制作过程

2.2.1导向环取出工具组合

导向环取出工具组合包括：通用型支撑盘、垫套系列、传力杆、旋转手柄。

导向环取出工具组合工作原理如下。通用型支撑盘的中心有圆形螺孔，圆形螺孔与传力杆的中段螺纹相配合；通用型支撑盘的两侧有长圆形孔，可应用于不同型号注水泵的液力端方形法兰；垫套系列根据不同型号的注水泵配置为系列组合，择优选用；垫套的端部有内螺纹，可与传力杆前端的外螺纹配合；传力杆前端有外螺纹，可与垫套端部的内螺纹配合；传力杆中端的外螺纹可与通用型支撑盘的中心圆形螺孔配合；旋转手柄具有方形通孔，方形通孔可与传力杆端部的方形柱头配合^[5]。

注水泵导向环取出的实施方案如下。将传力杆穿过通用型支撑盘的圆形螺孔进行组装；选择适当的垫套，并将垫套安装于传力杆端部；将通用型支撑盘安装在液力端泵头外壳；将旋转手柄安装于传力杆尾端，顺时针转动旋转手柄，将注水泵填料导向环顶出。

2.2.2柱塞取出工具组合

柱塞取出工具组合为长度与直径不等的圆柱体系列，圆柱体的一端带有外螺纹。在柱塞取出时，选择与柱塞外径相等的柱塞取出工具，并将其一端的外螺纹与柱塞连接器的内螺纹旋转连接，通过盘车将柱塞从液力端取出。

2.2.3阀座取出工具组合

阀座取出工具组合包括：方形支撑盘（通用型支撑盘）、导向套筒、拉力杆、旋转手柄、螺母。

阀座取出工具组合的工作原理如下。方形支撑盘的四角上有圆形通孔（通用型支撑盘为矩形，其中心有圆形通孔，两端为长形圆孔），圆形通孔的孔径等于注水泵液力端方形法兰的孔径，方形支撑盘有中心圆孔；拉力杆前端有外螺纹，外螺纹用于与注水泵的阀座配合；拉力杆后端的外螺纹与旋转手柄相配合；拉力杆的中段为圆柱；导向套筒与拉力杆的中段圆柱间隙配合；螺母用于保护拉力杆后端的外螺纹^[6]。

注水泵阀体取出的实施方案如下。卸下注水泵液力端的方形法兰；将方形支撑盘（通用型支撑盘）安装在液力端泵头外壳；将拉力杆前端穿过方形支撑盘的中心圆孔并与阀体进行螺纹连接；将导向套筒穿过拉力杆的尾端安装于拉力杆上；将旋转手柄与拉力杆尾端螺纹连接；在拉力杆尾端安装螺母；顺时针转动旋转手柄，将注水泵阀体取出。

3使用效果

该创新成果的研制与应用，为通用型注水泵维修组合提供了一种工具。使用该组合工具在不同型号的注水泵泵阀失效、密封填料漏失、柱塞磨损与划痕故障维修中，可以实现对阀体、柱塞、填料导向环的快速安装与拆卸，将原来的平均操作时长２小时缩短至40分钟以内，提高操作速度3倍以上。各组成部件根据生产现场常用的注水泵型号，加工制作成不同尺寸系列，一套组合工具可以适用于不同型号注水泵的维修，工具的适用性更强，操作省时省力，安全可靠，有效保证了注水时率^[7]。

4效益评价

通用型注水泵维修组合工具的研制与应用，有效避免了注水泵维修过程中各组件的损坏，节约了维修成本。以华北油田第四采油厂廊坊作业区为例，每年可减少更换阀座数量50个、填料导向环80个、盘根盒40 个，阀座单价为700元/个，填料导向环单价为60元/个，盘根盒单价为500元/个，每年可节省维修成本50×700+ 80×60+40×500＝59800元。这项成果具有广泛推广应用意义。

 

参考文献

[1] 张维智.油田采出水处理及地面注水技术[D].石油工业出版社,2017.

[2] 张克军.油田水处理及注水[D].石油工业出版社,2019.

[3] 谢文献,李桂婷,李金妍等.采油注水——采油工程技术人员业务指导书[D].中国石化出版社,2018.

[4] 张锐.油田注水开发效果评价方法[D].石油工业出版社, 2010.

[5] 黄红兵,李源流.低渗油田注水开发动态分析方法与实例解析[D].北京工业大学出版社,2021.

[6] 蒋建勋,杜娟,李颖.高等注水工程[D].石油工业出版社, 2021.

[7]刘兴,申连让,张辉.注水泵工岗位技能操作标准化培训教程[D].中国石化出版社,2019.

 

收稿日期：2024-04-20

作者简介：岳强（1977—），男，河北廊坊人，研究方向：油田开采。

 

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