油田注水泵易損件失效形式分析與對策

薛崇東 孫翠霞 楊永強

摘要：由于采出水水礦化度較高，導致柱塞式注水泵易損件壽命較短，維修更換易損件占用時間較多，制約著注水設備完好率的提高。以部分站點在用柱塞式注水泵為研究對象，進行了多次現場調研，對柱塞式注水泵柱塞、盤根、閥組等易損件的失效形式和失效原因進行了統計分析，提出了提高易損件壽命的改進措施，進行了現場應用，取得了良好效果。

關鍵詞：注采工藝;柱塞式注水泵;注水系統;失效分析;改進措施

隨著注采工藝水平的發展，柱塞式注水泵已成為油田注水系統的關鍵設備。注水泵采用柱塞式注水泵，使用中普遍出現易損件壽命短等問題，導致維修工作量大、維修成本較高，這一問題不僅對注水效率造成一定影響，還增加采油成本。對在用注水泵易損件失效情況進行了現場調研和測試，對失效形式進行了統計分析，結合相關失效分析理論，對注水泵易損件失效原因進行了分析，并提出了相應的改進措施及建議，通過現場實踐取得了較好效果，對提高注水系統效率，降低運行成本，保證油田開發水平有一定指導意義，并帶來了可觀的經濟效益。

1 失效形式分析

1. 1使用情況

柱塞、盤根、閥組等是柱塞式注水泵中的主要易損件，它們直接影響著注水泵的性能。通常情況下，易損件本身制造成本較低，但其失效后對整個注水泵組的正常運行所帶來的影響非常大。通過現場調研和數據監測，柱塞泵易損件的使用情況進行跟蹤統計，現場跟蹤統計的柱水泵易損件實際使用壽命和“企業標準”所要求的易損件使用壽命相比較，無論介質是清水還是采出水，注水泵的易損件壽命均遠低于國家標準及企業標準;配件費用消耗量極大，主要易損件壽命較短。

1. 2失效形式

1.2.1柱塞。柱塞斷;柱塞表面拉傷;柱塞表面鍍層（噴焊層）脫落、脫皮;柱塞表面腐蝕。

2. 2盤根。盤根磨損;盤根塑性變形;盤根燒結、碳化。

2. 3閥組件。閥芯、閥板及閥座（表面）磨損、刺槽。

2失效原因分析

2. 1介質對易損件使用壽命的影響

由于水中含有大量氧、硫、磷、硫化氧、氯離子等強腐蝕物質，柱塞長期工作在這種環境下，逐漸形成許多肉眼無法看到的溝槽和蝕點，形成了許多微小水道，同時對盤根、閥體增加了腐蝕和磨損。此外，注入介質采出水中含有砂粒，顆粒磨損現象的出現，導致盤根、柱塞拉傷;閥組件的早期磨損，導致密封失效，產生泄漏。

2. 2零部件制造質量對易損件質量的影響

2. 2. 1柱塞制造質量的影響

1）柱塞表面的硬質合金層的硬度及噴焊層厚度不夠，表面硬度低于55 HRC的柱塞約占50%，噴焊硬質合金層厚度在0. 20 mm以下的柱塞約占60% 2）柱塞的金相顯微組織疏松，有針孔，不能形成奧氏體基體上分布碳化物和硼化物硬質相的組織結構。柱塞表面硬度及噴焊層厚度不夠是柱塞耐磨性、耐蝕性差的重要原因。3）柱塞表面硬質合金層結合強度不夠，在柱塞的工作過程中，容易造成柱塞表面脫皮，合金層脫落，影響柱塞的使用壽命。4）部分廠家提供的柱塞未對柱塞端面進行防腐處理，造成柱塞的耐腐蝕性差。

2. 2. 2盤根制造質量的影響

1）盤根制造材料成分不符合要求，未按照注入介質的腐蝕性來確定盤根的成分，造成盤根的耐腐蝕性差。 2）盤根內部疏松、編織不緊密是造成盤根不耐用的原因之一。3）選用盤根型號不對，未根據壓力等級正確選用，導致盤根使用壽命縮短。

2. 2. 3閥組制造質量的影響

1）選用材料不當，閥組件的材質耐腐蝕性能差，因腐蝕造成密封失效。采油廠各站點的采出水的腐蝕性較強，腐蝕性離子的種類又存在著差異，部分閥組件供應廠家未對現場工況的腐蝕性能進行分析，對形成閥組件的腐蝕機理不清楚，造成選材不當。2）閥芯、閥座、閥板的表面粗糙度不合格，密封不嚴，造成閥組件的破壞。3）閥彈簧的加工及熱處理不規范，造成閥彈簧斷裂等。4）閥密封面硬度不夠，造成閥組件壽命降低。

2. 3加工、裝配對易損件壽命的影響

加工要保證配合圓柱體間的同軸度（如中間桿和柱塞、十字頭與中間桿），兩零件連接端面的垂直度，如果一個零件相關聯尺寸形位公差達不到要求，就會造成兩連接件不同軸、不垂直導致偏磨，造成密封失效。柱塞組件常規密封是柱塞前后各有1個導向套，中間為碳鉛密封或芳綸密封，盤根數量一般不少于6個。這種組合方式，會造成靠近調節螺母的幾個盤根變形過大，造成盤根壽命較短，不同的組合方式對易損件壽命影響較大。盤根裝配的好壞直接影響易損件的使用壽命。盤根應逐個裝配，而且通過專用工具應逐個壓緊，保證盤根受力均勻，盤根的缺口應錯開120^。安裝。初始預緊力也對易損件壽命有影響，初始預緊力過大會使柱塞和盤根摩擦加劇，溫升過高，加快失效。

2. 4十字頭下沉對易損件壽命的影響

由于十字頭孔下部的磨損，導致十字頭下沉，會導致十字頭中心線與導軌孔中心線不同軸，而密封函體盤根孔是與導軌孔中心線同軸，這樣會造成柱塞與密封盤根孔不同軸，造成柱塞與盤根不同軸，偏磨，直接影響到盤根、柱塞等易損件的使用壽命。

2. 5運行維護的影響

盤根與柱塞間的微泄漏是允許的，泄漏量超過標準要求，要及時緊盤根，如果不緊，隨著泄漏量的增加，會造成高壓刺漏，盤根很快受損失效。閥座或閥板密封不嚴，如果不處理，閥座與閥板間就會造成刺漏，最后閥板與閥座損壞，無法修復，降低了使用壽命。

3提高易損件壽命的措施

3. 1針對性做好易損件防腐處理

注水泵實際注水壓力一般都超16MPa，隨著壓力升高，柱塞的磨損和腐蝕加劇，從而加快柱塞的損壞。采出水礦化度極高，影響腐蝕因素較多，廠家應針對性地做好柱塞噴涂表面的防腐、耐磨等特殊處理，應進行噴涂耐磨強化，增加噴涂合金材料，嚴格控制噴涂工藝，保證涂層與母材的結合強度，應滿足Q/SYCQ3452-2012之規定。

3. 2正確選擇閥組材料和結構

3. 2. 1閥組材料。閥組材料選擇既要滿足防腐蝕的需要，也要滿足硬度、強度的需要，這些條件都和輸送介質、排出壓力有關。

3. 2. 2根據不同工況選擇組合閥。閥組應根據介質、壓力等參數選擇不同結構。介質中含砂時，顆粒墊閥造成密封不嚴引發加砂射流，使閥面因沖刷形成溝槽而過早失效。這與不含顆粒的清水或油田處理水引起的閥面損壞是不同的，因此需要從結構和材料進行綜合分析。

3. 3選擇合適的盤根材料和組合方式。提高盤根使用壽命不僅要考慮盤根材料，還需采取盤根合理的組合方式，才能提高盤根的使用壽命。一般在10-15 MPa應選用碳纖密封;15-20MPa應選用碳纖維含油盤根;20 MPa以上應選用芳綸盤根。

3. 4正確選擇柱塞的材料和結構

3. 4. 1材料和表面加工工藝。1）在不含顆粒污水和清水介質中，選用改性陶瓷燒結工藝或等離子噴涂/噴焊金屬增韌陶瓷柱塞。 2）在含顆粒污水介質中，選用噴焊Ni60/WC復合金屬涂層柱塞或鎳翎合金。

3. 4. 2連接結構。現在大多數泵的十字頭、中間桿、柱塞之間都是硬連接，一旦十字頭下沉，這此零部件與盤根孔將不同心，這是造成柱塞、盤根損壞的主要原因。即使十字頭孔裝了滑板，調整十字頭與柱塞的同心度也很難。應在十字頭與中間桿之間，或中間桿與柱塞之間采用可調連接，即允許十字頭與中間桿之間，或中間桿與柱塞之間有適當的偏角，以彌補十字頭下沉造成的偏心。

參考文獻

[1] 高壓往復泵填料泄漏原因分析及改進措施[J]. 劉明洪.??廣州化工. 2016（11）