注水泵盘根更换器的研制与应用

刘美红 许杰 何世浩 任晓滨 陈岭利

中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司第三采油厂 河北 河间 062450

摘要：注水泵是一种油田常用设备，在使用过程中经常需要取出和更换损坏的密封盘根，使用现有的工具在狭小的空间进行操作时，不仅延长了时间，还存在很大的安全隐患。本文主要介绍了针对这一问题所研制出的专用盘根更换器，该工具可以轻松的完成密封盘根的取出和装入操作，安全可靠，操作简单，降低了操作员工的劳动强度，消除了安全隐患。

关键词：盘根；螺旋顶丝；拱形架；弧形半片；螺距

石油是一种重要的战略资源，油藏深埋在地下岩石孔隙中，在油田开采初期，由于地层具有充沛的能量，原油在地层能量的作用下从孔隙中流动到采油井的井底，依靠自身的能力或抽油泵的抽汲举升到地面。随着油田开发进入中后期，油藏能量不断的释放，地层能力下降，为了降低原油产量的自然递减速度，保证油井的稳产高产，达到注采平衡，提高最终采收率，要向油藏中注水，通过注水及时的补充油藏能量，用水将岩石孔隙中的原油驱替出来。因为与其它驱替剂相比，水还具有价廉，供应量充足，驱油效率高的特点，华北油田主要以注水开发为主。多年的经验告诉我们：要想油井高产稳产，必须注好水、注够水。

注水泵是油田注水开发中不可缺少的设备，主要由动力端、液力端、辅助设备三部分组成，柱塞和盘根盒是液力端的重要部件，柱塞被包裹在密封盘根体内。它使用电机通过皮带带动泵的主轴高速旋转，柱塞在缸内做往复运动，将经过净化处理后的水通过加压后输出，经注水管线、注水井注入井下地层内，达到驱油稳产的目的。

1 问题的提出

第三采油厂饶阳采油工区共有9台注水泵，分布在楚一联合站、楚28-3计量站和楚29-4计量站，由于注水泵是在高压状态下24小时连续运转，密封盘根处在水压和柱塞磨损的双重作用下，随着运行时间的增长容易发生泄漏或刺漏现象，必须及时进行更换。密封盘根的更换是注水站员工维护注水泵时的主要工作，在频繁的更换盘根操作中，使用原有的工具，即费时又费力，不仅增加了员工的劳动强度，还存在安全隐患。

2 现状调查分析

通过对更换盘根操作进行调查发现，进行更换盘根操作时要先拆下泵体上护盖，松开盘根盒压盖，褪下压盖衬套后，再用自制的钩子从盘根盒里勾出损坏的盘根， 现场更换盘根时普遍为2人操作，在使用起子、榔头、自制钩子等工具取出损坏的盘根时，由于操作空间狭小，常常力不从心，只能除去手套，赤手使用工具，这样便时常发生划伤或挤伤手的现象，当经历几番掏取盘根仍无法取出时，现场中往往是将注水泵进液口打开，利用进液管线内水的压力，将盘根顶出，这种操作是典型的习惯性违章，给安全生产带来隐患。在盘根的装入过程中，为把盘根盒内的盘根挤压到位，现场通常是利用盘泵产生的冲击力撞击盘根压盖，用上述方法长期更换盘根，会在盘根盒内壁上造成许多深浅不一的滑痕，影响盘根与盘根盒的使用寿命。每个盘根盒内的柱塞上需更换3-4条盘根，用时20-30分钟，尤其是楚一联合站使用的是大排量的五柱塞注水泵，同时运转4台，更换操作时间更是长达40-90分钟。通过调查结果进行分析，在无法改变操作空间狭小的前提下，缺乏专用工具是造成操作时间长，员工劳动强度大，存在安全隐患的主要原因。

3 盘根更换器的研制

3.1 研发思路

包裹着柱塞的环形密封盘根被压盖衬套压紧在盘根盒内，由于要在柱塞高速运动时起到密封作用，因此盘根必须具备一定的强度、韧性和抗磨性能。自制钩子即使头部带有的锥形尖端扎入盘根后，也会因钩子和盘根之间的摩擦力不足，很难将盘根取出。如何能够让钩子轻松地扎入盘根并增加二者之间的摩擦力，从而达到快速取出盘根的目的呢？通过观察，从生活中的红酒开瓶器得到启发，决定根据其原理研制盘根更换器。

3.2 研发过程

根据以上思路，制作出了注水泵盘根更换器样品，由盘根取出器和盘根装入器组成。盘根取出器由丁字把手、导向管和螺旋钻杆构成，导向管为空心螺纹管，与丁字把手焊接为一体，螺旋钻杆前部为螺旋顶丝，中后部为粗牙螺杆，螺杆可通过螺纹在导向管内前后移动，从而带动顶丝前进与后退。使用时将导管平行贴近柱塞，用扳手拧紧螺杆，螺旋顶丝快速钻进盘根内，向后慢慢移动丁字把手，由于螺旋顶丝与盘根之间的摩擦力较大，可轻松将损坏的盘根从盘根盒内取出。

盘根装入器由拱形支架、把手和顶紧螺杆构成，把手与支架焊接在一起，拱形支架两边各焊有一个螺母，顶紧螺杆通过螺纹与螺母相连，可在螺母内前后位移。换好盘根后，把压盖衬套贴紧盘根，拱形支架可套在柱塞上，将支架压在衬套后，用扳手分别拧紧两个顶紧螺杆，螺杆推动衬套向前移动，从而把盘根挤压到位。

样品制作成功后，在楚一联合站2#注水泵进行了首次实验，盘根取出器的螺旋顶丝在接触到盘根后，很轻松的将盘根钻透，然后带住盘根徐徐拽出盘根盒，操作中没有出现盘根脱落，取出盘根过程用时7分钟；盘根装入器的两个顶紧螺杆，顶住压盖缓缓把盘根挤压到位，避免了违章操作以及盘根在进入盘根盒时受力不均，操作过程用时8分钟；在盘根的取出、装入过程中累计用时15分钟，操作简便，没有违章现象和不安全行为，更换盘根合格率达到100%。

在实验过程中还发现存在以下问题：由于盘根取出器在使用时，需要将导向管平行放置于柱塞上部，螺旋顶丝才可以沿水平方向钻入盘根内，但由于导向管与光滑的柱塞之间接触面过小，会产生相对滑动，盘根取出器虽然能快速完整的取出盘根，但是在操作中丁字把手缺乏支点的支撑稳定作用，延长了操作时间；盘根装入器的顶丝螺纹虽然设计为粗扣，但在操作时，还是感觉到旋转顶丝的用时过长，延长了操作时间。

针对实验过程中发现的问题，再次对盘根更换器进行了改进。在在盘根取出器的导向管下部沿切线方向，对应着焊两个与与导向管同宽的弧形半片，操作时将弧形半片座在柱塞上，从而加大了盘根取出器与柱塞的接触面，增加了操作稳定性。针对盘根装入器的顶紧螺杆问题，将顶丝螺纹的螺距由1.5毫米加大为3毫米，使顶丝每旋转一周的前进行程得到大幅增加。改进完成后，在楚一联合站3#注水泵进行了第二次实验，每个柱塞取出盘根用时6分钟，装入盘根用时6分钟，整个操作过程合计用时12分钟，达到了改进的效果。

4 现场应用情况

实验成功后，制作出了成品，在采油工区注水泵盘根更换中进行了应用。通过对一年来的应用情况进行统计，全年累计更换密封盘根工作量为852柱，应用盘根跟换器后每柱更换时间均在12分钟以内，由过去的操作两人操作变为一人操作，实现了盘根更换过程中无违章，无人身伤害，提高了安全系数。

5 有益效果

盘根更换器的单套加工制作成本为320元，在工区共推广应用2套，成本费用为320×2=640元，盘根更换器应用前每年因划伤需要更换盘根盒4个，每个盘根盒价值为1800元，合计1800×4=7200元，应用后杜绝了这种消耗，共计节约维修费用： 7200-640=6560元。该工具的使用不仅实现了一名操作员工即可完成注水泵盘根的更换，即节省了人力，又降低了员工的劳动强度，在如今人力短缺的情况下，可使员工抽出更多时间投入到其他现场工作中，此外在操作中还避免了违章行为和人身伤害事故的发生，消除了安全隐患。

6 结论

注水泵盘根更换器构思巧妙，简单实用，操作便捷，加工方便，不仅有效地将以前需要两人才能完成的操作变为只需一人即可操作，还成功的解决了在狭小空间内使用原有工具更换密封盘根所存在的操作不便，时间长，存在安全隐患的问题，延长了盘根盒的使用寿命，推广应用范围广阔，可推广至各油田采油工区进行应用。

[1]中国石油天然气集团公司职业技能鉴定指导中心.注水泵工[M].石油工业出版社.2004.6

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