油田注水泵易损件失效形式分析与对策

薛崇东 孙翠霞 杨永强

摘要：由于采出水水矿化度较高，导致柱塞式注水泵易损件寿命较短，维修更换易损件占用时间较多，制约着注水设备完好率的提高。以部分站点在用柱塞式注水泵为研究对象，进行了多次现场调研，对柱塞式注水泵柱塞、盘根、阀组等易损件的失效形式和失效原因进行了统计分析，提出了提高易损件寿命的改进措施，进行了现场应用，取得了良好效果。

关键词：注采工艺;柱塞式注水泵;注水系统;失效分析;改进措施

随着注采工艺水平的发展，柱塞式注水泵已成为油田注水系统的关键设备。注水泵采用柱塞式注水泵，使用中普遍出现易损件寿命短等问题，导致维修工作量大、维修成本较高，这一问题不仅对注水效率造成一定影响，还增加采油成本。对在用注水泵易损件失效情况进行了现场调研和测试，对失效形式进行了统计分析，结合相关失效分析理论，对注水泵易损件失效原因进行了分析，并提出了相应的改进措施及建议，通过现场实践取得了较好效果，对提高注水系统效率，降低运行成本，保证油田开发水平有一定指导意义，并带来了可观的经济效益。

1 失效形式分析

1. 1使用情况

柱塞、盘根、阀组等是柱塞式注水泵中的主要易损件，它們直接影响着注水泵的性能。通常情况下，易损件本身制造成本较低，但其失效后对整个注水泵组的正常运行所带来的影响非常大。通过现场调研和数据监测，柱塞泵易损件的使用情况进行跟踪统计，现场跟踪统计的柱水泵易损件实际使用寿命和“企业标准”所要求的易损件使用寿命相比较，无论介质是清水还是采出水，注水泵的易损件寿命均远低于国家标准及企业标准;配件费用消耗量极大，主要易损件寿命较短。

1. 2失效形式

1.2.1柱塞。柱塞断;柱塞表面拉伤;柱塞表面镀层（喷焊层）脱落、脱皮;柱塞表面腐蚀。

2. 2盘根。盘根磨损;盘根塑性变形;盘根烧结、碳化。

2. 3阀组件。阀芯、阀板及阀座（表面）磨损、刺槽。

2失效原因分析

2. 1介质对易损件使用寿命的影响

由于水中含有大量氧、硫、磷、硫化氧、氯离子等强腐蚀物质，柱塞长期工作在这种环境下，逐渐形成许多肉眼无法看到的沟槽和蚀点，形成了许多微小水道，同时对盘根、阀体增加了腐蚀和磨损。此外，注入介质采出水中含有砂粒，颗粒磨损现象的出现，导致盘根、柱塞拉伤;阀组件的早期磨损，导致密封失效，产生泄漏。

2. 2零部件制造质量对易损件质量的影响

2. 2. 1柱塞制造质量的影响

1）柱塞表面的硬质合金层的硬度及喷焊层厚度不够，表面硬度低于55 HRC的柱塞约占50%，喷焊硬质合金层厚度在0. 20 mm以下的柱塞约占60% 2）柱塞的金相显微组织疏松，有针孔，不能形成奥氏体基体上分布碳化物和硼化物硬质相的组织结构。柱塞表面硬度及喷焊层厚度不够是柱塞耐磨性、耐蚀性差的重要原因。3）柱塞表面硬质合金层结合强度不够，在柱塞的工作过程中，容易造成柱塞表面脱皮，合金层脱落，影响柱塞的使用寿命。4）部分厂家提供的柱塞未对柱塞端面进行防腐处理，造成柱塞的耐腐蚀性差。

2. 2. 2盘根制造质量的影响

1）盘根制造材料成分不符合要求，未按照注入介质的腐蚀性来确定盘根的成分，造成盘根的耐腐蚀性差。 2）盘根内部疏松、编织不紧密是造成盘根不耐用的原因之一。3）选用盘根型号不对，未根据压力等级正确选用，导致盘根使用寿命缩短。

2. 2. 3阀组制造质量的影响

1）选用材料不当，阀组件的材质耐腐蚀性能差，因腐蚀造成密封失效。采油厂各站点的采出水的腐蚀性较强，腐蚀性离子的种类又存在着差异，部分阀组件供应厂家未对现场工况的腐蚀性能进行分析，对形成阀组件的腐蚀机理不清楚，造成选材不当。2）阀芯、阀座、阀板的表面粗糙度不合格，密封不严，造成阀组件的破坏。3）阀弹簧的加工及热处理不规范，造成阀弹簧断裂等。4）阀密封面硬度不够，造成阀组件寿命降低。

2. 3加工、装配对易损件寿命的影响

加工要保证配合圆柱体间的同轴度（如中间杆和柱塞、十字头与中间杆），两零件连接端面的垂直度，如果一个零件相关联尺寸形位公差达不到要求，就会造成两连接件不同轴、不垂直导致偏磨，造成密封失效。柱塞组件常规密封是柱塞前后各有1个导向套，中间为碳铅密封或芳纶密封，盘根数量一般不少于6个。这种组合方式，会造成靠近调节螺母的几个盘根变形过大，造成盘根寿命较短，不同的组合方式对易损件寿命影响较大。盘根装配的好坏直接影响易损件的使用寿命。盘根应逐个装配，而且通过专用工具应逐个压紧，保证盘根受力均匀，盘根的缺口应错开120^。安装。初始预紧力也对易损件寿命有影响，初始预紧力过大会使柱塞和盘根摩擦加剧，温升过高，加快失效。

2. 4十字头下沉对易损件寿命的影响

由于十字头孔下部的磨损，导致十字头下沉，会导致十字头中心线与导轨孔中心线不同轴，而密封函体盘根孔是与导轨孔中心线同轴，这样会造成柱塞与密封盘根孔不同轴，造成柱塞与盘根不同轴，偏磨，直接影响到盘根、柱塞等易损件的使用寿命。

2. 5运行维护的影响

盘根与柱塞间的微泄漏是允许的，泄漏量超过标准要求，要及时紧盘根，如果不紧，随着泄漏量的增加，会造成高压刺漏，盘根很快受损失效。阀座或阀板密封不严，如果不处理，阀座与阀板间就会造成刺漏，最后阀板与阀座损坏，无法修复，降低了使用寿命。

3提高易损件寿命的措施

3. 1针对性做好易损件防腐处理

注水泵实际注水压力一般都超16MPa，随着压力升高，柱塞的磨损和腐蚀加剧，从而加快柱塞的损坏。采出水矿化度极高，影响腐蚀因素较多，厂家应针对性地做好柱塞喷涂表面的防腐、耐磨等特殊处理，应进行喷涂耐磨强化，增加喷涂合金材料，严格控制喷涂工艺，保证涂层与母材的结合强度，应满足Q/SYCQ3452-2012之规定。

3. 2正确选择阀组材料和结构

3. 2. 1阀组材料。阀组材料选择既要满足防腐蚀的需要，也要满足硬度、强度的需要，这些条件都和输送介质、排出压力有关。

3. 2. 2根据不同工况选择组合阀。阀组应根据介质、压力等参数选择不同结构。介质中含砂时，颗粒垫阀造成密封不严引发加砂射流，使阀面因冲刷形成沟槽而过早失效。这与不含颗粒的清水或油田处理水引起的阀面损坏是不同的，因此需要从结构和材料进行综合分析。

3. 3选择合适的盘根材料和组合方式。提高盘根使用寿命不仅要考虑盘根材料，还需采取盘根合理的组合方式，才能提高盘根的使用寿命。一般在10-15 MPa应选用碳纤密封;15-20MPa应选用碳纤维含油盘根;20 MPa以上应选用芳纶盘根。

3. 4正确选择柱塞的材料和结构

3. 4. 1材料和表面加工工艺。1）在不含颗粒污水和清水介质中，选用改性陶瓷烧结工艺或等离子喷涂/喷焊金属增韧陶瓷柱塞。 2）在含颗粒污水介质中，选用喷焊Ni60/WC复合金属涂层柱塞或镍翎合金。

3. 4. 2连接结构。现在大多数泵的十字头、中间杆、柱塞之间都是硬连接，一旦十字头下沉，这此零部件与盘根孔将不同心，这是造成柱塞、盘根损坏的主要原因。即使十字头孔装了滑板，调整十字头与柱塞的同心度也很难。应在十字头与中间杆之间，或中间杆与柱塞之间采用可调连接，即允许十字头与中间杆之间，或中间杆与柱塞之间有适当的偏角，以弥补十字头下沉造成的偏心。

参考文献

[1] 高压往复泵填料泄漏原因分析及改进措施[J]. 刘明洪.  广州化工. 2016（11）