李明

（中國石油華北油田分公司第五采油廠，河北辛集，052360）

基于往復(fù)泵的柱塞連接卡子技術(shù)改進

李明

（中國石油華北油田分公司第五采油廠，河北辛集，052360）

在油田開發(fā)過程中，含油污水回注是補充地層能力、提升原油采收率的重要措施之一。因高壓柱塞泵排出的壓力較高，各個部件在實際運行中承受的負荷明顯加大，導(dǎo)致柱塞泵故障率頻發(fā)，在一定程度上降低了泵的運行效率。通過現(xiàn)場調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，往復(fù)泵連接螺栓松動、脫落是引發(fā)故障的主要原因。文中從往復(fù)泵的工作原理及主要分類入手，介紹往復(fù)泵柱塞連接卡子的結(jié)構(gòu)，闡述其提升工作效率、消除設(shè)備隱患的一系列原理，總結(jié)在石油開采中應(yīng)用新型連接卡子的經(jīng)濟效益和運行效果，以期為類似的研究提供重要借鑒和參考。

往復(fù)泵；柱塞；挺桿；連接卡子；緊固螺栓

引言

隨著油田開發(fā)工程的逐步深入，油田企業(yè)若要保持高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)生產(chǎn)狀態(tài)，必須通過注水加大地層壓力，注水設(shè)施具體運行情況在整個工程中發(fā)揮著重要作用。油田通常采用離心式注水泵和往復(fù)式注水泵兩類設(shè)備進行注水，對于地層壓力高、滲透率低的油層一般使用往復(fù)式柱塞泵進行注水。由于往復(fù)泵具有效率高、吸入性能好、排出壓力高等特點，被廣泛應(yīng)用于石油生產(chǎn)中。往復(fù)泵柱塞連接卡子主要包括上卡子、下卡子、彈簧墊圈、緊固螺栓、上卡槽、下卡槽、通孔等部分組成。其工作原理是將緊固螺栓穿入卡子兩側(cè)通孔與下卡子螺紋連接，使上下卡子卡在柱塞頭與挺桿頭上，起到緊固、防脫作用。該卡子的應(yīng)用減少了員工的勞動強度，縮短了安裝卡子的時間，提高了工作效率，消除了設(shè)備安全隱患［1-8］。

1 往復(fù)泵的工作原理及主要性能

1.1工作原理

往復(fù)泵是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一類產(chǎn)品，具有較強的自吸能力，且輸送介質(zhì)適應(yīng)性廣、效率高，且其性能不會因壓力、輸送介質(zhì)粘度的改變而改變。目前，世界能源面臨嚴重緊缺的局面。往復(fù)泵是重要的節(jié)能產(chǎn)品，在石油開發(fā)、礦山開采、管道輸煤等方面發(fā)揮著重要作用。往復(fù)泵主要由活塞、箱體、液力端、閥門、齒輪、吸入閥、排出閥等部分組成，根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式劃分為活塞式、直動式、栓塞式三種；根據(jù)其有效行程劃分為單作用、雙作用和差動式三種。往復(fù)泵結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　往復(fù)泵柱塞結(jié)構(gòu)簡圖

如果活塞由左至右進行移動，泵缸內(nèi)的容積增加，壓力明顯降低，計入管路的液體壓力超過泵缸壓力時，在壓差作用下，吸入閥被打開，液體進入泵缸內(nèi)。當(dāng)傳動箱曲柄轉(zhuǎn)過180°之后，活塞向左移動。因液體水可壓縮性較小，液體被活塞壓縮而壓力上升，同時由密封部分泄露液體量增加，導(dǎo)致泵缸內(nèi)壓力增加至足以打開排出閥，低溫液體經(jīng)排出閥向排液管道輸出，若活塞被曲柄拉動又向右邊移動，重復(fù)上述操作。

1.2主要性能

往復(fù)泵依靠自身抽出泵及吸入管內(nèi)的空氣把液體由低處引入至泵內(nèi)，自吸能力根據(jù)自由吸高度和吸入時間判定。泵吸口造成的真空度越大，其自吸高度更大。必須注意，自吸能力與往復(fù)泵形式、密封性能有必然的聯(lián)系，如果泵閥、泵缸等密封性能交叉，其自吸能力有所降低。因此，往復(fù)泵啟動前必須罐滿液體，或改善泵的自吸能力。

2 往復(fù)泵柱塞連接卡子現(xiàn)狀及問題

在油田注水過程中，因柱塞式注水泵的柱塞需在缸內(nèi)一直做往復(fù)運動，需要利用挺桿與柱塞連接，從而借助挺桿驅(qū)動柱塞運動。往復(fù)泵柱塞連接卡子是連接柱塞與挺桿的專用工具。目前，油田使用的連接卡子都是由螺桿與螺母進行緊固，而柱塞泵在運行過程中容易產(chǎn)生水擊現(xiàn)象引起泵振動，在高壓振動下，柱塞卡子的緊固螺母發(fā)生退扣，造成卡子松動，較突出的問題：當(dāng)螺母發(fā)生退扣，長時間這樣運行卡子就會松動脫落和斷裂?？ㄗ用撀浜?，如果發(fā)現(xiàn)不及時就會造成柱塞頭與挺桿頭發(fā)生撞擊，使其損壞甚至報廢，最終導(dǎo)致注水量不能完成。

3 往復(fù)泵柱塞連接卡子結(jié)構(gòu)及技術(shù)改進

3.1卡子結(jié)構(gòu)

往復(fù)泵柱塞連接卡子由上卡子、下卡子、彈簧墊圈、緊固螺栓、上卡槽、下卡槽、通孔、螺紋孔組成。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　塞連接卡子結(jié)構(gòu)示意圖

將下卡子卡槽卡在柱塞與挺桿頭上，讓上下卡子重合，通過緊固螺栓對上下卡子進行壓緊緊固，從而對上下卡子之間的上下卡槽進行壓緊，使得上下卡槽內(nèi)的挺桿與柱塞頭同時被壓緊緊固，這樣才可使連接卡子夾牢在柱塞與挺桿頭上，起到緊固、防脫的作用。重要的是卡子靠螺桿與螺紋連接，避免螺帽退扣造成卡子松動的問題。該裝置的應(yīng)用解決現(xiàn)有技術(shù)卡子的連接螺栓易松動脫落的問題，提高了工作效率，消除了設(shè)備安全隱患。

3.2卡子技術(shù)改進

3.2.1防脫緊固

卡槽為梯形槽內(nèi)壁設(shè)有防滑螺紋，當(dāng)緊固螺栓與下卡子螺紋旋緊，使上下卡子的卡槽進一步壓緊，使得卡槽內(nèi)的柱塞與挺桿頭同時被緊固，這樣才可使連接卡子夾牢在柱塞與挺桿頭上，使得挺桿與柱塞穩(wěn)固連接，而梯形槽內(nèi)壁的防滑螺紋能很好的咬緊柱塞與挺桿頭，起到緊固和防脫作用。

3.2.2防松動、防退扣

因為柱塞卡子在泵缸內(nèi)做往復(fù)運動，為了防止卡子與螺栓的相對滑動，所以采用的緊固螺栓為鉸制孔螺栓，鉸制孔螺栓螺桿部分直徑與上卡子孔徑之間的基本尺寸一樣，是過渡配合，當(dāng)上下卡子間有相對滑動時，依靠螺栓本身的抗剪作用，防止其運動，再配上有防松動效果的彈簧鋼墊圈，達到防松、防退扣的作用

4 應(yīng)用效果

在深州采油作業(yè)區(qū)，一共包括24臺注水泵，其中16臺五柱塞泵、8臺三柱塞泵。據(jù)統(tǒng)計，該作業(yè)區(qū)2014年一年共換卡子160套，每套卡子50元，一年節(jié)約：160×50=8 000元；由于卡子松動導(dǎo)致柱塞損壞50根、挺桿損壞50根，其中柱塞每根 600元，挺桿每根650元，一年節(jié)約：50×600+50×650=62 500元；批量定制卡子的成本為一個50 元，24臺注水泵共配備104套卡子，則制作卡子成本：104×50=5 200元，全年累計創(chuàng)效：0.8萬元+6.25萬元－0.52萬元=6.53萬元。

在第五采油廠深州采油作業(yè)區(qū)推廣應(yīng)用了160套柱塞連接卡子，現(xiàn)場應(yīng)用表明，該連接卡子結(jié)構(gòu)簡單，使用安全，操作方便快捷，能有效減輕員工的工作強度，在一定程度上縮短安裝卡子所用時間。同時，這種卡子緊固防松功能較好，能保證全年注水任務(wù)順利完成。

5 結(jié)束語

目前，該連接卡子已獲得國家實用新型專利，專利號：ZL201520053717.2。希望本文對同行的技術(shù)改進有所幫助。

［1］趙志華， 吳力. 往復(fù)泵故障智能診斷系統(tǒng)的設(shè)計［J］. 化工自動化及儀表， 2013， 40（6）: 701-705.

［2］劉海東. 石油礦場用往復(fù)泵發(fā)展現(xiàn)狀分析及研究方向探討［J］.西部探礦工程， 2013， 25（1）: 94-98.

［3］謝建華， 牛鵬. 一種新型五柱塞往復(fù)泵及其系統(tǒng)［J］. 化工設(shè)備與管道， 2015， 52（6）: 63-67+72.

［4］張燕， 姜新喜. 往復(fù)泵泵閥失效的原因及改善措施研究［J］. 企業(yè)文化（下旬刊）， 2014， 23（12）: 224.

［5］李雨峰， 吳揚東， 周民， 等.往復(fù)泵制造企業(yè)配件供應(yīng)商選擇的一種多屬性決策方法［J］. 現(xiàn)代制造工程， 2013， 14（9）: 42-44+139.

［6］裴峻峰， 鄧守層， 姜海一， 等.往復(fù)泵柱塞定期維修周期及失效模式研究［J］. 機械設(shè)計與制造， 2016， 11（2）: 195-198+202.

［7］王登峰， 白鑫. 基于小波包分析和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的往復(fù)泵的故障診斷研究［J］. 煤礦機械， 2013， 34（12）: 256-258.

［8］裴峻峰， 黃顯茹， 陳園麗， 等. 基于ANSYS/PDS的往復(fù)泵泵閥閥盤的可靠性分析［J］. 制造業(yè)自動化， 2014， 17（10）: 63-65.

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

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.015

李明（1974-），男，漢族，四川巴中人，采油工高級技師。E-mail: 522419738@qq.com