蔡偉 朱博(長慶油田第四采油廠， 陜西 靖邊 718500)

關(guān)于南201注水站注水泵管線振動的治理

蔡偉 朱博(長慶油田第四采油廠， 陜西 靖邊 718500)

油田廣泛采用注水采油技術(shù)進行采油生產(chǎn)。注水泵管線是注水系統(tǒng)必不可少的設(shè)施之一，其振動直接影響到油井的穩(wěn)定生產(chǎn)、采油質(zhì)量和效率。過大的振動可能引發(fā)嚴(yán)重事故，造成重大經(jīng)濟損失。因此，對注水泵管線的振動及其治理措施進行研究有著重大的工程意義。本文針對艾家灣作業(yè)區(qū)南201注水站注水泵管線振動過大問題，以此管線為研究對象，研究了管線的振動與減振策略。借助陜西經(jīng)達公司對管線的振動治理的經(jīng)驗，在1#泵房注水泵進水管線進口加裝減震包，取得了較好的實驗效果。在上述實驗的基礎(chǔ)上，本文論述了管線結(jié)構(gòu)減振的一般方法，同時結(jié)合工程實際對注水泵進、出水管線提出了具有針對性的減振改造措施。

注水泵；管線振動；減振；減震包

作為提高原油生產(chǎn)量和生產(chǎn)效率的有效方式，注水采油是油田采油生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，對于維持油井的穩(wěn)定生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。注水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行直接影響到生產(chǎn)的安全、采油的質(zhì)量和效率。因此，對于油田注水系統(tǒng)中必不可少的設(shè)施之一的注水泵管線系統(tǒng)，保證其性能的穩(wěn)定與運行的安全也就有著非常重大的工程意義。

1 治理管線振動的意義

管線的強烈振動將使管線的結(jié)構(gòu)及其元件產(chǎn)生疲勞破壞、連接部位發(fā)生松動和破裂、動力設(shè)備的壽命降低，管路系統(tǒng)的測量儀表失真甚至損毀等。

管線內(nèi)流體的壓力脈動產(chǎn)生的激振力是管線振動的主要外力之一。由于活塞式壓縮機、往復(fù)泵等管道系統(tǒng)中的動力機具有間歇性、周期性吸、排量的特點，將使管流產(chǎn)生脈動[2]。處于脈動狀態(tài)的管內(nèi)流體，在遇到彎管頭、異徑管、盲板等管道元件時，將產(chǎn)生一定的隨時間而變化的激振力，在這種激振力的作用下，管道及其附屬設(shè)備也開始產(chǎn)生振動。

因此，油田注水泵及其管線系統(tǒng)的振動不僅存在重大的安全隱患，還會嚴(yán)重影響注水時率。治理好管線振動，保證管線系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，對提高采油效率及質(zhì)量都有重要的意義。

2 管線振動機理

管線兩端分別與主動機的出入口、容器、閥門或孔板等設(shè)備或裝置相連結(jié)。管道及其支承架和與之相連接的各種設(shè)備或裝置構(gòu)成一個復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，在有激振力的情況下，這個系統(tǒng)就要產(chǎn)生振動。從力學(xué)的角度看，管道系統(tǒng)的振動是一類特殊的機械運動。

管線結(jié)構(gòu)在激振力的作用下，呈現(xiàn)復(fù)雜的振動狀態(tài)。當(dāng)管線流體壓力脈動的頻率與機械結(jié)構(gòu)的固有頻率相重合時，將會產(chǎn)生機械共振，此時管線發(fā)生劇烈的振動。避免管線結(jié)構(gòu)的機械共振是管線振動治理的重要內(nèi)容。

3 管線振動的主要治理方法

從設(shè)備振動的原因、特征及傳播等方面考慮，控制振動主要有以下幾個方法：

(1)減小或消除注水泵系統(tǒng)的振幅。如改善注水泵系統(tǒng)的平衡性能(調(diào)節(jié)電機和泵底座平衡度，平衡柱塞質(zhì)量，加固基礎(chǔ)和地腳螺栓，調(diào)節(jié)注水泵傳動系統(tǒng)“四點一線”平衡)，提高機械設(shè)備的平衡。

(2)防止共振，減小因為機械共振帶來的振動損害。如，改變系統(tǒng)的固有頻率(管道系統(tǒng)上加裝平衡塊、增加管道支撐、減小支撐間距離)或在注水系統(tǒng)上加裝擾動頻率器。實際應(yīng)用中加裝平衡塊和增加管道支撐、減小支撐間的距離這幾個措施較易實現(xiàn)。

(3)采取隔振措施，以減小振動的傳遞。如，在管道的固定支撐的部位設(shè)置金屬彈簧、軟木或膠皮；在管道連接處使用軟連接，消減振動，目前南201注水站在注水泵進口安裝的減震包就是利用了隔振原理。

4 在南201注水站所做的實驗及取得的效果

依據(jù)上述對管線振動的分析和研究，首先試點性的選擇從隔振方面來對管線振動治理進行實驗，我們選擇了在注水泵進口管線安裝如圖5.1所示的減振包，安裝位置如圖5.2所示。試驗的原理是在管線連接處安裝軟連接，通過減振包的膠皮部分緩沖，吸收振動。

該注水泵在安裝減振包之前，每運行半年，注水泵進口管線便會因為振動過大發(fā)生爆裂、破漏，但是自從2015年6月13日給注水泵進口管線安裝該減振包后，管線運行至今仍然完好，無破漏跡象。取得了良好的減振效果。

5 下步工作重點

此次試點試驗僅從隔振措施單方面對注水泵管線系統(tǒng)的振動進行治理，雖然取得了較好的治理效果，但還是沒有從根本上解決管線內(nèi)流體的脈動壓力問題。由于脈動流體壓力導(dǎo)致玻璃鋼管線脫扣的事件頻繁發(fā)生，不僅存在嚴(yán)重的安全環(huán)保隱患，影響油田注水采油生產(chǎn)的穩(wěn)定性，還會帶來復(fù)雜的外協(xié)問題。所以消減流體脈動壓力對管線振動的治理有著至關(guān)重要的意義。

我們下步打算在注水泵出口安裝穿膛式液流脈動消減器，在靠近振源處利用該消減器內(nèi)置的濾波器過濾、消減流體脈動壓力，從管線振動的根源上治理管線振動的問題。同時，我們還會在下步工作中采取在注水泵底座上加裝平衡塊，增加管道支撐以減小支撐間距離，加固注水泵基礎(chǔ)和地腳螺栓，調(diào)節(jié)注水泵傳動系統(tǒng)“四點一線”平衡，在管道的固定支撐的部位加墊厚膠皮，在油維管線改造時減少注水管線中彎管及異徑管的使用數(shù)量等輔助性措施來共同治理注水泵管線振動問題。

[1]王勇,人白.世界石化工業(yè)100起特大毀損事件[J].石油規(guī)劃設(shè)計,1992.

[2]黨錫淇.活塞式壓縮機氣流脈動與管道振動[M].西:西安交通大學(xué)出版社,1984.

[3]錢學(xué)軍,梁紅.往復(fù)泵排出管線壓力脈動理論研究與實驗對比分析[J].機械研究與應(yīng)用,2005.

[4]閆祥安,鄭煒.往復(fù)泵輸液管道結(jié)構(gòu)振動有限元法分析[J].機械工程學(xué)報,1999.