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[摘 要]随着经济的快速发展，科学技术不断进步，对于注聚泵泵阀的故障诊断方法越来越科学化，准确化，油田上的工况条件比较恶劣，许多服役在钻井、采油和注水等设备上的金属零部件都长期遭受重载荷并伴有腐蚀、摩擦和磨损，致使它们过早的发生失效破坏而缩短其使用寿命，使油田生产造成不应有的损失本文就泵阀故障诊断装置及应用进行分析。
[关键词]注聚泵；故障诊断；引出装置；吸排液阀
中图分类号：T62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0258-01
引言
石油是国民经济发展的重要能源。因此，很多研究人员对油田采油技术进行了广泛的研究。而对采油技术的关键配套设备———注聚泵的开发与研制更是有着重大的意义。注聚泵的技术关键是提高被输送介质粘度的保留率，即提高泵的保粘率。其目的是尽量减少介质通过泵的吸入阀和排出阀后的粘度下降。
1注聚泵的应用现状
我国在八十年代末期，随着聚合物驱油的开展才开始研制应用这一领域的装备。注聚合物专用泵是一种有特殊要求的柱塞泵。这种泵的工作介质———聚合物具有高粘度，长分子链的特点，这就要求相应的泵具有良好的吸入性能，液流畅顺，对介质剪切力小。通过对油田在用注聚泵的使用情况进行调研，发现存在以下几方面的问题：
①可靠性差，表现为易损件寿命短，柱塞偏磨发热，阀组有效工作时间短，制造质量差等；
②泵的注聚容积效率低；
③对聚合物粘度降解大；
④漏失较严重等。
从总体看，无论是国内泵厂家还是国外泵厂商，对注聚泵这项技术（包括设计、工艺、材料、质量等）还远不够成熟。
2概述
注聚泵属于容积式柱塞泵，在油田聚合物驱油现场，注聚泵因其具有增压范围大、对聚合物溶液剪切小等优点而被广泛采用。电动机带动皮带旋转，使曲轴旋转，曲轴旋转带动连杆，使连杆绕着曲轴的连杆颈旋转，将旋转运动转化成连杆的往复运动[1]，液力端的工作腔容积发生变化，在压差的作用下，液力端的三组或五组吸、排液阀组实现液体的吸入和排出的功能。注聚泵的吸、排液阀的结构相同，由阀体、凡尔、弹簧三部分组成，在吸、排液阀之间有阀座，起支承和分隔吸、排液阀的作用并构成工作腔。阀座中部有长圆孔，通过外部定位销可将阀座固定住。整个阀组均为不锈钢或合金钢制造。注聚泵在运转过程中，泵吸入、排出阀的弹簧和凡尔在连续交变载荷作用下极易发生故障。在低负荷状态下，凡尔和弹簧的使用寿命可达半年以上，但在高负荷状态下，使用寿命不到一个月。当泵阀出现故障时，泵出口流量计显示泵排量降低，需要进行检修，检修前要判断故障部位以节省操作时间，以往检修首先用螺丝刀接触液力端总成听取弹簧、凡尔工作的声音来判断故障部位，此法对操作者的经验、技能水平和听力要求极高，且泵房有多臺泵同时运转，干扰大、误差大。若是因为阀组内部渗漏而造成排量降低，则根本无法准确判断出哪个阀组有渗漏。最终只能整体拆解阀组找出故障部位并检修。整体拆解法弊端较多，因长时间停泵造成溶液的连续注入被切断，代之以水顶替，降低了水油流度比、驱替效率和波及体积，直接影响受益油井的增油量。同时拆装了并未损坏的泵阀，造成弹性胶圈的损耗和液力端缸体的磨损及密封性能的下降，泵的容积效率和总效率降低。另外，因维修时间过长，严重影响注聚时率，员工劳动强度增大。
3注聚泵液力端的改进设计
前面已经提到，目前在用泵存在着容积效率低，对聚合物粘度降解大，漏失严重，可靠性差等问题。而导致这些问题的原因在于设计时没有充分地考虑到聚合物这种介质的特殊性，还是以水作为设计试验介质，因而就不可能很好地适应注聚合物三次采油工艺的需要。本研究在设计时，针对聚合物这种特殊介质，分析在用泵存在的问题，着重考虑了如下几方面的技术关键：①当聚合物流经泵阀时，阀应该能起到引导流体的作用，使流动顺畅，避免“抽丝”和降解。
4改进方法及工作原理
在保证注聚泵总体结构不变的前提下，通过改进阀座定位销和加装引压装置，并连接压力表，在泵运转状态下，通过打开或关闭引压装置控制阀并将所显示的压力与泵进出口压力比对，实现不停泵快速判断泵阀故障部位的功能。在停泵状态下，此装置还可实现不直接拆解泵，通过开关引压装置控制阀并观察放空管见液情况，快速、准确判断阀或阀组渗漏具体部位的功能，避免了逐个检查阀组造成的工时浪费。具体改进方法：将注聚泵液力端的凡尔座定位销中心打孔，尾端加厚固定于液力端总成上，定位销与引压装置的高压软管采用螺纹连接，为提高密封性能，可采用锥管螺纹。高压软管另一端与控制阀门和无缝钢管制成的引线管相连，后端连接压力表和放空阀，为提高安全性，避免高压软管摆动，需将引线管固定于地面或来液汇管上。
基本原理：注聚泵运转时，阀座工作腔压力与吸、排液阀的工作压力是对应关系，当吸液阀打开时，阀座工作腔压力显示的是进口压力；当排液阀打开时，阀座工作腔压力显示的是出口压力。泵阀组工作时吸、排液阀会快速连续吸入排出液体，压力表与定位销之间有管路连接，压力显示存在滞后，压力表指针在正常条件下应呈短间隔的摆动，这是正常工况；如果压力显示与出口压力持平，则排出阀的凡尔或弹簧损坏；如果压力显示与进口压力持平，则吸入阀的凡尔或弹簧损坏。在停注聚泵不拆解泵阀时，如果压力表的放空管连续见液且无泡沫则吸入阀存在渗漏；如果压力表的放空管连续快速见液且有较多泡沫则排出阀存在渗漏。通过观察工作腔压力的变化和放空管见液情况可以准确判定阀或阀组损坏或渗漏的具体部位，为高效率的检修打好基础。
5阀组结构的确定
将阀形状由原来的下导向90°锥阀改成上导向120°锥阀，阀座孔形状设计成圆锥形，将有利于提高泵的保粘率。
（1）可以消除阀的下导向翼对溶液产生的分流。
（2）120°锥阀类似球面，密封性能好，可以减少高压液体通过微小缝隙倒流产生的机械降解。
（3）液体通过阀座孔时，因流道面积变化均匀，其流速变化亦均匀，从而使流道阻力系数降低到最小值。
6主要过流部件材质的确定
实验证明，在较低温度下，如果水中没有还原性物质，聚合物溶液降解很小。但在有还原物质，如Fe2+、Fe3+、Mg2+、Cu2+等的存在下，聚合物溶液的降解比较严重，并且pH值愈低，降解愈严重。因此，泵的过流部件材质一律采用Cr不锈钢，以消除上述金属离子对溶液的降粘。
7效果评价
通过在作业区小规模应用注聚泵泵阀故障诊断装置，操作岗位员工普遍认为在处理泵阀故障时更加得心应手了，与借助螺丝刀判断泵阀故障部位和整体拆解泵阀检修相比，注聚泵泵阀故障诊断装置具有安全、准确、快捷、劳动强度低的特点。
结语
注聚泵在运转过程中，泵吸、排液阀在连续交变载荷作用下极易发生故障，单纯依靠经验判断故障部位和整体拆解来检修泵阀，操作时间长、劳动强度大、准确率低，影响注聚时率，造成注聚井压力波动。注聚泵泵阀故障诊断装置具有操作时间短、劳动强度低，准确率达100%的特点。应用故障诊断装置后，检修注聚泵泵阀变得更加安全、准确和快捷。相信，注聚泵泵阀故障诊断装置的推广应用，必将对油井的稳产、增产，提高油井最终采收率起到积极的作用。
参考文献
[1]李杰训.聚合物驱油地面工程技术[M].北京：石油工业出版社，2008，10，115-19.
[2]从恒斌，陶自强.隔膜泵隔膜行程控制系统[J].煤矿机电，2006（04）.
[3]张月坤.往复式活塞隔膜泵液压系统的设计与实践[J].有色设备，2010（06）.
[关键词]注聚泵；故障诊断；引出装置；吸排液阀
中图分类号：T62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0258-01
引言
石油是国民经济发展的重要能源。因此，很多研究人员对油田采油技术进行了广泛的研究。而对采油技术的关键配套设备———注聚泵的开发与研制更是有着重大的意义。注聚泵的技术关键是提高被输送介质粘度的保留率，即提高泵的保粘率。其目的是尽量减少介质通过泵的吸入阀和排出阀后的粘度下降。
1注聚泵的应用现状
我国在八十年代末期，随着聚合物驱油的开展才开始研制应用这一领域的装备。注聚合物专用泵是一种有特殊要求的柱塞泵。这种泵的工作介质———聚合物具有高粘度，长分子链的特点，这就要求相应的泵具有良好的吸入性能，液流畅顺，对介质剪切力小。通过对油田在用注聚泵的使用情况进行调研，发现存在以下几方面的问题：
①可靠性差，表现为易损件寿命短，柱塞偏磨发热，阀组有效工作时间短，制造质量差等；
②泵的注聚容积效率低；
③对聚合物粘度降解大；
④漏失较严重等。
从总体看，无论是国内泵厂家还是国外泵厂商，对注聚泵这项技术（包括设计、工艺、材料、质量等）还远不够成熟。
2概述
注聚泵属于容积式柱塞泵，在油田聚合物驱油现场，注聚泵因其具有增压范围大、对聚合物溶液剪切小等优点而被广泛采用。电动机带动皮带旋转，使曲轴旋转，曲轴旋转带动连杆，使连杆绕着曲轴的连杆颈旋转，将旋转运动转化成连杆的往复运动[1]，液力端的工作腔容积发生变化，在压差的作用下，液力端的三组或五组吸、排液阀组实现液体的吸入和排出的功能。注聚泵的吸、排液阀的结构相同，由阀体、凡尔、弹簧三部分组成，在吸、排液阀之间有阀座，起支承和分隔吸、排液阀的作用并构成工作腔。阀座中部有长圆孔，通过外部定位销可将阀座固定住。整个阀组均为不锈钢或合金钢制造。注聚泵在运转过程中，泵吸入、排出阀的弹簧和凡尔在连续交变载荷作用下极易发生故障。在低负荷状态下，凡尔和弹簧的使用寿命可达半年以上，但在高负荷状态下，使用寿命不到一个月。当泵阀出现故障时，泵出口流量计显示泵排量降低，需要进行检修，检修前要判断故障部位以节省操作时间，以往检修首先用螺丝刀接触液力端总成听取弹簧、凡尔工作的声音来判断故障部位，此法对操作者的经验、技能水平和听力要求极高，且泵房有多臺泵同时运转，干扰大、误差大。若是因为阀组内部渗漏而造成排量降低，则根本无法准确判断出哪个阀组有渗漏。最终只能整体拆解阀组找出故障部位并检修。整体拆解法弊端较多，因长时间停泵造成溶液的连续注入被切断，代之以水顶替，降低了水油流度比、驱替效率和波及体积，直接影响受益油井的增油量。同时拆装了并未损坏的泵阀，造成弹性胶圈的损耗和液力端缸体的磨损及密封性能的下降，泵的容积效率和总效率降低。另外，因维修时间过长，严重影响注聚时率，员工劳动强度增大。
3注聚泵液力端的改进设计
前面已经提到，目前在用泵存在着容积效率低，对聚合物粘度降解大，漏失严重，可靠性差等问题。而导致这些问题的原因在于设计时没有充分地考虑到聚合物这种介质的特殊性，还是以水作为设计试验介质，因而就不可能很好地适应注聚合物三次采油工艺的需要。本研究在设计时，针对聚合物这种特殊介质，分析在用泵存在的问题，着重考虑了如下几方面的技术关键：①当聚合物流经泵阀时，阀应该能起到引导流体的作用，使流动顺畅，避免“抽丝”和降解。
4改进方法及工作原理
在保证注聚泵总体结构不变的前提下，通过改进阀座定位销和加装引压装置，并连接压力表，在泵运转状态下，通过打开或关闭引压装置控制阀并将所显示的压力与泵进出口压力比对，实现不停泵快速判断泵阀故障部位的功能。在停泵状态下，此装置还可实现不直接拆解泵，通过开关引压装置控制阀并观察放空管见液情况，快速、准确判断阀或阀组渗漏具体部位的功能，避免了逐个检查阀组造成的工时浪费。具体改进方法：将注聚泵液力端的凡尔座定位销中心打孔，尾端加厚固定于液力端总成上，定位销与引压装置的高压软管采用螺纹连接，为提高密封性能，可采用锥管螺纹。高压软管另一端与控制阀门和无缝钢管制成的引线管相连，后端连接压力表和放空阀，为提高安全性，避免高压软管摆动，需将引线管固定于地面或来液汇管上。
基本原理：注聚泵运转时，阀座工作腔压力与吸、排液阀的工作压力是对应关系，当吸液阀打开时，阀座工作腔压力显示的是进口压力；当排液阀打开时，阀座工作腔压力显示的是出口压力。泵阀组工作时吸、排液阀会快速连续吸入排出液体，压力表与定位销之间有管路连接，压力显示存在滞后，压力表指针在正常条件下应呈短间隔的摆动，这是正常工况；如果压力显示与出口压力持平，则排出阀的凡尔或弹簧损坏；如果压力显示与进口压力持平，则吸入阀的凡尔或弹簧损坏。在停注聚泵不拆解泵阀时，如果压力表的放空管连续见液且无泡沫则吸入阀存在渗漏；如果压力表的放空管连续快速见液且有较多泡沫则排出阀存在渗漏。通过观察工作腔压力的变化和放空管见液情况可以准确判定阀或阀组损坏或渗漏的具体部位，为高效率的检修打好基础。
5阀组结构的确定
将阀形状由原来的下导向90°锥阀改成上导向120°锥阀，阀座孔形状设计成圆锥形，将有利于提高泵的保粘率。
（1）可以消除阀的下导向翼对溶液产生的分流。
（2）120°锥阀类似球面，密封性能好，可以减少高压液体通过微小缝隙倒流产生的机械降解。
（3）液体通过阀座孔时，因流道面积变化均匀，其流速变化亦均匀，从而使流道阻力系数降低到最小值。
6主要过流部件材质的确定
实验证明，在较低温度下，如果水中没有还原性物质，聚合物溶液降解很小。但在有还原物质，如Fe2+、Fe3+、Mg2+、Cu2+等的存在下，聚合物溶液的降解比较严重，并且pH值愈低，降解愈严重。因此，泵的过流部件材质一律采用Cr不锈钢，以消除上述金属离子对溶液的降粘。
7效果评价
通过在作业区小规模应用注聚泵泵阀故障诊断装置，操作岗位员工普遍认为在处理泵阀故障时更加得心应手了，与借助螺丝刀判断泵阀故障部位和整体拆解泵阀检修相比，注聚泵泵阀故障诊断装置具有安全、准确、快捷、劳动强度低的特点。
结语
注聚泵在运转过程中，泵吸、排液阀在连续交变载荷作用下极易发生故障，单纯依靠经验判断故障部位和整体拆解来检修泵阀，操作时间长、劳动强度大、准确率低，影响注聚时率，造成注聚井压力波动。注聚泵泵阀故障诊断装置具有操作时间短、劳动强度低，准确率达100%的特点。应用故障诊断装置后，检修注聚泵泵阀变得更加安全、准确和快捷。相信，注聚泵泵阀故障诊断装置的推广应用，必将对油井的稳产、增产，提高油井最终采收率起到积极的作用。
参考文献
[1]李杰训.聚合物驱油地面工程技术[M].北京：石油工业出版社，2008，10，115-19.
[2]从恒斌，陶自强.隔膜泵隔膜行程控制系统[J].煤矿机电，2006（04）.
[3]张月坤.往复式活塞隔膜泵液压系统的设计与实践[J].有色设备，2010（06）.