基于往复泵的柱塞连接卡子技术改进

李明

（中国石油华北油田分公司第五采油厂，河北辛集，052360）

基于往复泵的柱塞连接卡子技术改进

李明

（中国石油华北油田分公司第五采油厂，河北辛集，052360）

在油田开发过程中，含油污水回注是补充地层能力、提升原油采收率的重要措施之一。因高压柱塞泵排出的压力较高，各个部件在实际运行中承受的负荷明显加大，导致柱塞泵故障率频发，在一定程度上降低了泵的运行效率。通过现场调查分析发现，往复泵连接螺栓松动、脱落是引发故障的主要原因。文中从往复泵的工作原理及主要分类入手，介绍往复泵柱塞连接卡子的结构，阐述其提升工作效率、消除设备隐患的一系列原理，总结在石油开采中应用新型连接卡子的经济效益和运行效果，以期为类似的研究提供重要借鉴和参考。

往复泵；柱塞；挺杆；连接卡子；紧固螺栓

引言

随着油田开发工程的逐步深入，油田企业若要保持高产、稳产生产状态，必须通过注水加大地层压力，注水设施具体运行情况在整个工程中发挥着重要作用。油田通常采用离心式注水泵和往复式注水泵两类设备进行注水，对于地层压力高、渗透率低的油层一般使用往复式柱塞泵进行注水。由于往复泵具有效率高、吸入性能好、排出压力高等特点，被广泛应用于石油生产中。往复泵柱塞连接卡子主要包括上卡子、下卡子、弹簧垫圈、紧固螺栓、上卡槽、下卡槽、通孔等部分组成。其工作原理是将紧固螺栓穿入卡子两侧通孔与下卡子螺纹连接，使上下卡子卡在柱塞头与挺杆头上，起到紧固、防脱作用。该卡子的应用减少了员工的劳动强度，缩短了安装卡子的时间，提高了工作效率，消除了设备安全隐患［1-8］。

1 往复泵的工作原理及主要性能

1.1工作原理

往复泵是工业生产中不可缺少的一类产品，具有较强的自吸能力，且输送介质适应性广、效率高，且其性能不会因压力、输送介质粘度的改变而改变。目前，世界能源面临严重紧缺的局面。往复泵是重要的节能产品，在石油开发、矿山开采、管道输煤等方面发挥着重要作用。往复泵主要由活塞、箱体、液力端、阀门、齿轮、吸入阀、排出阀等部分组成，根据其结构形式划分为活塞式、直动式、栓塞式三种；根据其有效行程划分为单作用、双作用和差动式三种。往复泵结构如图1所示。

图1　往复泵柱塞结构简图

如果活塞由左至右进行移动，泵缸内的容积增加，压力明显降低，计入管路的液体压力超过泵缸压力时，在压差作用下，吸入阀被打开，液体进入泵缸内。当传动箱曲柄转过180°之后，活塞向左移动。因液体水可压缩性较小，液体被活塞压缩而压力上升，同时由密封部分泄露液体量增加，导致泵缸内压力增加至足以打开排出阀，低温液体经排出阀向排液管道输出，若活塞被曲柄拉动又向右边移动，重复上述操作。

1.2主要性能

往复泵依靠自身抽出泵及吸入管内的空气把液体由低处引入至泵内，自吸能力根据自由吸高度和吸入时间判定。泵吸口造成的真空度越大，其自吸高度更大。必须注意，自吸能力与往复泵形式、密封性能有必然的联系，如果泵阀、泵缸等密封性能交叉，其自吸能力有所降低。因此，往复泵启动前必须罐满液体，或改善泵的自吸能力。

2 往复泵柱塞连接卡子现状及问题

在油田注水过程中，因柱塞式注水泵的柱塞需在缸内一直做往复运动，需要利用挺杆与柱塞连接，从而借助挺杆驱动柱塞运动。往复泵柱塞连接卡子是连接柱塞与挺杆的专用工具。目前，油田使用的连接卡子都是由螺杆与螺母进行紧固，而柱塞泵在运行过程中容易产生水击现象引起泵振动，在高压振动下，柱塞卡子的紧固螺母发生退扣，造成卡子松动，较突出的问题：当螺母发生退扣，长时间这样运行卡子就会松动脱落和断裂。卡子脱落后，如果发现不及时就会造成柱塞头与挺杆头发生撞击，使其损坏甚至报废，最终导致注水量不能完成。

3 往复泵柱塞连接卡子结构及技术改进

3.1卡子结构

往复泵柱塞连接卡子由上卡子、下卡子、弹簧垫圈、紧固螺栓、上卡槽、下卡槽、通孔、螺纹孔组成。其结构如图2所示。

图2　塞连接卡子结构示意图

将下卡子卡槽卡在柱塞与挺杆头上，让上下卡子重合，通过紧固螺栓对上下卡子进行压紧紧固，从而对上下卡子之间的上下卡槽进行压紧，使得上下卡槽内的挺杆与柱塞头同时被压紧紧固，这样才可使连接卡子夹牢在柱塞与挺杆头上，起到紧固、防脱的作用。重要的是卡子靠螺杆与螺纹连接，避免螺帽退扣造成卡子松动的问题。该装置的应用解决现有技术卡子的连接螺栓易松动脱落的问题，提高了工作效率，消除了设备安全隐患。

3.2卡子技术改进

3.2.1防脱紧固

卡槽为梯形槽内壁设有防滑螺纹，当紧固螺栓与下卡子螺纹旋紧，使上下卡子的卡槽进一步压紧，使得卡槽内的柱塞与挺杆头同时被紧固，这样才可使连接卡子夹牢在柱塞与挺杆头上，使得挺杆与柱塞稳固连接，而梯形槽内壁的防滑螺纹能很好的咬紧柱塞与挺杆头，起到紧固和防脱作用。

3.2.2防松动、防退扣

因为柱塞卡子在泵缸内做往复运动，为了防止卡子与螺栓的相对滑动，所以采用的紧固螺栓为铰制孔螺栓，铰制孔螺栓螺杆部分直径与上卡子孔径之间的基本尺寸一样，是过渡配合，当上下卡子间有相对滑动时，依靠螺栓本身的抗剪作用，防止其运动，再配上有防松动效果的弹簧钢垫圈，达到防松、防退扣的作用

4 应用效果

在深州采油作业区，一共包括24台注水泵，其中16台五柱塞泵、8台三柱塞泵。据统计，该作业区2014年一年共换卡子160套，每套卡子50元，一年节约：160×50=8 000元；由于卡子松动导致柱塞损坏50根、挺杆损坏50根，其中柱塞每根 600元，挺杆每根650元，一年节约：50×600+50×650=62 500元；批量定制卡子的成本为一个50 元，24台注水泵共配备104套卡子，则制作卡子成本：104×50=5 200元，全年累计创效：0.8万元+6.25万元－0.52万元=6.53万元。

在第五采油厂深州采油作业区推广应用了160套柱塞连接卡子，现场应用表明，该连接卡子结构简单，使用安全，操作方便快捷，能有效减轻员工的工作强度，在一定程度上缩短安装卡子所用时间。同时，这种卡子紧固防松功能较好，能保证全年注水任务顺利完成。

5 结束语

目前，该连接卡子已获得国家实用新型专利，专利号：ZL201520053717.2。希望本文对同行的技术改进有所帮助。

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Technical Improvement on Reciprocating Pump Plunger Clamp Connection

Ming Li（China Petroleum Huabei Oilfield Branch Fifth Production Plant， Xinji， Hebei， 052360， China）

In the process of oilfield development， oily water reinjection is one of the important measures to enhance oil recovery in complement of formation ability. Because the high pressure plunger pump discharge pressure is higher， the parts under load is obvious increased in the actual operation， leading to frequent plunger pump failure rate， which to a certain extent reduces the operation efficiency of the pump. Through the field investigation and analysis， we find that connection reciprocating pump being loose， and fall off， are the main reasons for the failure. In this paper， from the working principle and main classification of reciprocating pump， we introduce the structure of the reciprocating pump piston connecting clamp， its increasing work efficiency， eliminate hidden dangers of a series of principles，equipment summary used in oil drilling the economic benefits of new connections clip and running effect，so as to provide important reference for similar research.

Reciprocating Pump； Plunger； Lifter； Connecting Clamp； Bolt

TH132.2+2

A

2095-8412 （2016） 04-639-03

工业技术创新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.015

李明（1974-），男，汉族，四川巴中人，采油工高级技师。E-mail: 522419738@qq.com