高压柱塞泵阀失效及改进措施探讨

任翔

（大庆油田水务公司技术开发公司，黑龙江 大庆 163000）

随着我国科技水平的不断发展进步，数据化水平的不断提升，注水开发成为油田开采中后期提高采收率的重要措施，注水开发过程中高压柱塞泵是影响注水效率的关键设备，一旦高压柱塞泵出现故障，就会影响油田企业的经济效益。因此，我们需要对可能引发高压柱塞泵泵阀失效的原因进行分析，针对实际情况制定科学合理的解决措施，保障高压柱塞泵的正常工作运行，提高高压柱塞泵的工作效率，进一步提升油田企业的经济效益。

1 高压柱塞泵的工作原理

高压柱塞泵的工作原理为皮带对轴承箱的输入轴进行带动，转变轴承的旋转运动，成为柱塞的直线运动，柱塞与泵缸之间的容积发生变化，随着液体的反复排出与吸入，内部压力升高。高压柱塞泵的优势主要变现为工作效率高、结构紧凑、额定压力高、流量调节方便等，在大流量、高压等场合被广泛地应用。在高压环境中，柱塞泵的应用十分广泛，要想达到足够的注水压力，满足注水需求，需要采取三缸单作用柱塞泵。在我们对柱塞泵动力端与液力端不断优化的情况下，实现柱塞泵的安全、稳定运行，维修人员对柱塞泵定期的进行维修管理，实现柱塞泵处于良好的运行状态，避免柱塞泵在工作运行中出现故障，满足现场柱塞泵的使用需求。对柱塞泵的生产运行管理力度进一步加强，对柱塞泵在运行中可能存在的安全隐患及时排除，根据运行实际情况适当的调整柱塞泵的运行参数，保障柱塞泵的运行效率，减少机件之间的摩擦阻力，实现介质增压目的。

2 研究油田注水开发的必要性

油田注水开发的贯彻和落实是科学发展观中的重要举措，也满足我国社会发展的客观需求，是促进我国可持续发展战略实施的必然决定。我国油田储量比较丰富，其中大部分为低渗透油气资源，水性驱动机制在油田的开发过程中取得的效果并不理想，造成了油田开发难度的增加。所以我们要想不断地提升油田开发效率，保障油田的高产、稳产，就要在油田的开采中应用注水开发技术，针对油田注水开发中可能出现的问题，制定科学合理的解决措施，实现油田开采效率的提升，不断引进新技术、新设备，提高油田开采方式的科技含量，挖掘油田开发潜力，促进我国油田企业经济的可持续增长。

3 高压柱塞泵的泵阀失效原因的分析

3.1 柱塞泵注入介质对泵阀的影响

油田注水泵经常使用的注入介质通常情况下都是污水经过二次处理后，经过我们对处理后的水质进行分析可知，水中含有大量的氧、硫化氢、磷、氯离子等腐蚀物质，以上腐蚀物质与金属体发生化学反应后严重地影响注水泵的使用安全，可能对注水泵的液力端部件产生腐蚀。

（1）泵阀受到腐蚀影响。柱塞泵泵阀长时间处于腐蚀介质中，阀座与阀片就会逐渐地形成一些沟槽与蚀点，影响阀座与阀片的光洁度，可能对泵阀总成产生破坏，造成阀片与阀座之间密封不严，注水泵低压腔内会存在液力端高压腔内的水，造成泵排液阀故障，柱塞泵压力和排量异常。

（2）泵阀体受到结垢的影响。注入介质中一般情况下都会含有一定量的碳酸根离子和钙镁离子，注水泵的进水管线中经常伴随有晶体析出，一旦进入柱塞泵中，就会造成柱塞泵泵阀管道的堵塞，对泵体产生损坏，对泵阀产生磨损，造成阀座与阀片之间的密封失效，影响注水泵泵阀的正常工作。

（3）泵阀体受到注入介质杂质的影响。柱塞泵注入介质中一般情况下含有一定量的硫化氢物质，而输水管线及水罐的主要材质就是铁，铁与硫化氢会发生电化学反应，产生的物质为硫化铁硬性杂质，同时，还有一些污水腐蚀下来的铁屑及水中本身含有的软性杂质，例如，棉纱、橡胶等。一旦进液阀的通道中，进入以上各种硬性杂质及软性杂质，都会引发通道的堵塞，尤其是造成进入泵缸内的水堵塞，引发排液不通常，随着杂质的不断堆积，注水泵的进水量随着注水泵进口的堵塞不断的下降，造成泵缸内吸不上水等严重后果，注水泵的泵阀腔内就会逐渐地形成负压区域。

3.2 柱塞泵进、出口压力差对泵阀的影响

泵阀会受到柱塞泵进口压力、出口压力相差值的影响，在柱塞泵的工作过程中，进液阀、排液阀会形成吸入、排出液体的过程，产生一张一合的现象，在这种现象下会产生较大的冲击力，一旦冲击力过大就会损坏进液阀、排液阀的阀座及阀片，同时，还会在聚氯乙烯材质的进液阀法阀片上产生一些凸起圆圈，凸起的圆圈与阀座上的孔相对应，进液阀在柱塞泵正常工作运行过程中，一旦稍微转动，就会影响阀座与阀片之间的密封效果，可能造成密封不严，严重情况下可能打碎进液阀片，影响注水泵进液阀片的功能。

3.3 排液阀密封失效原因分析

造成排液阀损坏的因素比较多，其中最主要的因素为排液阀上阀体在开启的过程中，在上阀体与阀座形成的流道内，高压流体受到上阀体锥形密封面的影响，对其流动方向进行了改变，产生较大的流动阻力。高压液体在阻力的影响下同时受到结构的限制，冲刷锥形密封面。在不断的冲刷过程中，密封面材料逐渐地脱落，在水流方向，形成了多条不规则的沟槽，密封面出现漏水现象。油田用污水存在一定的腐蚀性，长时间的污水使用过程中，排液阀可能出现腐蚀、损坏等现象，进液阀在低压水的冲刷下，密封面脱落的情况逐渐减少，不会再形成沟槽，延长其使用寿命。所以，导致排液阀损坏的主要因素是上阀体密封面受到高压液体的冲刷导致的。

4 高压柱塞泵阀失效的改进及措施

4.1 泵阀注水前增添化学药剂

在高压柱塞泵中，如果需要添加二次处理后的介质，就要根据实际情况添加适当的化学药剂，在注水之前我们需要值得注意的就是，先要将化学药剂按照相应的要求稀释好，在各个站点及供水源的高压端注入高压柱塞泵阀的导管线中，以上注入的优势就是能够缓解柱塞泵阀座、阀片受到腐蚀物质的影响程度，但是，可能会引发注水泵中的水由高压端挤入低压端，造成高压柱塞泵出现故障，注水泵的排量与压强出现异常，不在合理的范围内。柱塞泵泵阀注水前加入适当的化学药剂还可以有效保护柱塞泵阀体不受腐蚀物质的影响或者降低腐蚀物质的影响程度。

4.2 加强泵阀的过滤器和提高泵阀进口压力

对高压柱塞泵泵阀前的过滤器过滤作用进一步加强，定期由操作人员对过滤器内的杂质进行清理，同时，将磁装置按照相应的要求安装在过滤器的前后位置。针对高压柱塞泵内不同性质的杂质种类采取不同的清洗方式，常见的杂质分为硬性杂质和软性杂质，一般情况下，我们一星期要对注水泵阀前后过滤器进行两次或两次以上的清洗作业，确保高压柱塞泵泵阀在工作运行过程中不会受到二次处理后介质的影响，保障高压柱塞泵泵阀的安全性能。同时，高压柱塞泵泵阀的高压端还可以引入自来水，对供水方式进行适当改变。在注水过程中，我们要高度重视注水进水口、出水口的压力差，不能超过标准范围值。针对因为注水压力强而造成的压力差过大的井，需要科学合理地控制注入水的压强，避免损坏高压柱塞泵的零部件，同时，进水口、出水口的压力差还可以通过改变供水水源的方式得到解决。

4.3 向注水污水中加阻垢剂

经过二次处理后的注入水中还是存在一定的污垢，这时候我们就需要在注入水中加入适当的阻垢剂，降低和减少污水中垢的析出，避免注水泵中吸入结晶体，保障注水泵的阀体完好，不受到损伤，阻垢剂的添加主要是最大程度地降低柱塞泵泵阀受到结垢影响的程度。

4.4 加强柱塞泵前过滤器的日常管理和在其前后加强磁装置

柱塞泵过滤器的定期清洗处理是十分重要的，主要清洗的就是柱塞泵中可能存在的硬性杂质与软性杂质，过滤器清洗完成后，由专业人员进行检查，检查合格后才能继续使用。柱塞泵过滤器的使用效果与清理干净程度有着密切的关系，同时也可以适当地改变供水方式，由水罐供水，减小杂质进入柱塞泵中的概率，有效地保护柱塞泵泵阀处于最佳的工作状态。

4.5 排液阀密封失效解决方案

排液阀在经过优化后，排液阀上阀体密封面存在一个密封凸缘。开启排液阀上阀体时，在密封凸缘与阀座形成的流道高压液体通过，高压液体的运动方向受到密封凸缘而发生改变，上阀体密封面不会受到高压液体的直接冲刷，避免高压液体对排液阀密封面造成损伤，影响其使用寿命。

高压柱塞泵本身出现问题也会对阀产生一定的影响，在日常的巡检过程中，一旦发现柱塞泵出现较大的噪声、同时振动异常，表明柱塞泵可能出现问题，首先，我们要对其问题产生的原因进行分析，根据实际情况制定相应的处理措施，避免影响柱塞泵的正常工作运行。原动机与泵传功机构之间的不同步是造成柱塞泵噪声和振动异常的主要原因，同时，也要对泵轴进行观察，是否发生损坏。想要解决柱塞泵振动异常问题，就要适当地调节柱塞泵的转速；要想解决噪声问题，就要检查管道流体的流速，是否是因为流体与管道振幅相同产生了共振现象导致的，适当地对流速进行调节，节能解决噪声问题。管道的安全运行与高压管道的压力冲击有着密切的关系，要想高压冲击，就要适当地调节液体流速，实现管道处于安全、稳定的工作状态。

5 油田注水开发的未来发展方向

油田开采的中后期，注水开发是提高开采效率的重要手段，也是油田未来发展和研究的重点方向，实现油田开发从事人员及相关研究学者借鉴的重要内容，为我国油田注水开发技术的提高奠定了坚实的基础，我们主要从两个方面对油田注水开发未来的发展方向进行阐述。

（1）油田注水开发的硬件设施方面。对油田注水相关设备的研究进一步加强，在理论研究内容的基础上，对相关设备的研究进程进一步加快，理论基础是硬件设施高质量发展的重要前提。对硬件设施采取系统化的研究，对注水结构、组成部分在科学技术的基础上采取综合性的研究分析，实现设备工作效率的进一步提升，设备工作流程的可行性研究进一步加强，促进设备运行质量和运行水平的不断提高。

（2）油田注水开发的软件建设方面。主要从科学技术层面进行分析，最近几年中，随着我国科技水平的不断提升，油田注水技术中也不断地应用智能化、数字化的设备，科技含量不断提升。首先，随着我们不断地完善和优化注水井智能系统，相关数据信息在通信系统的有效传递下，决策信息更加智能化，油田的开采效率得到了显著提升；然后，注水系统中注水智能控制系统的应用，实现了注水水量的自动控制，储层效益显著提升；最后，注水井完井技术也逐渐地向着智能化的方向发展，已经应用了井边测调技术、智能配水技术、实时监测技术等，在油田注水过程中发挥着重要的作用。

6 结语

经过以上的研究和分析，注水开发成为油田开采中后期提高采收率的重要措施，注水开发过程中，高压柱塞泵是影响注水效率的关键设备，一旦高压柱塞泵出现故障，就会影响油田企业的经济效益。我们需要对影响高压柱塞泵泵阀失效的原因进行分析，针对实际情况采取科学有效的方法，避免相关介质对高压柱塞泵泵阀产生影响，降低高压柱塞泵泵阀维修所产生的停机时间，实现高压柱塞泵工作效率的提升，节约高压柱塞泵泵阀的维修成本。同时，高压柱塞泵的良好运行，也一定程度上保障了注水施工的有序进行，缓解了高压柱塞泵操作人员的工作压力，降低了劳动强度，通过我们制定的科学合理预防措施，有效避免高压柱塞泵出现失效问题，促进油田企业经济效益的可持续增长。