高压注水泵

1绪论

Ll研究的目的和意义

油田注水系统是油田能耗大户，也是油田投资的主要领域之一，因此开发高效注水设备，提高现有注水系统运行效率，对于降低油田生产成本具有重要意义。

早期注水是提高油田采收率的有效办法，通过人工注水可以提高地层压力，使油层具有强有力的驱油条件，保持较高的油层压力，有效克服各种阻力，达到长期稳产高产，而高压注水泵在注水工艺中起着重要的作用。

由于我国不少油田为低渗透油藏，对高压注水泵的需求越来越多，因而近几年往复式注水泵得到了迅速发展l3]。但由于现有注水泵普遍存在易损件寿命短、正常运行时率低的问题，以胜利油田为例，增压注水泵的正常运行时率仅为54.3%。且注水泵输出压力不能满足高压注水的需要，不少油田要求注水压力大于45MPa，而目前广泛使用的往复式注水泵的注水压均小于4oMPa。因此，油田迫切需要寿命长、注水压力高的新型注水泵。

柱塞泵在石油矿场主要作为压裂泵、固井水泥泵和注水泵。它们之间只有压力和流量等性能参数的不同，结构和工作原理并无实质性区别。将压裂液送入油井申，并借助高压在油层中造成裂缝，或使原油层裂缝扩大的柱塞泵，称作压裂泵。将水泥浆注入油井，使套管与井壁牢固连接的柱塞泵，称为水泥泵。向井内输送高压水，进入油层驱油和补充地层能量的柱塞泵，称为注水泵。

1.2国内外发展概况

注水是油田增产普遍采用的措施之一。油田开发后期大部分采用油层注水，以保持油层压力，从而提高原油产量。随着钻井深度的增加，注水油层也不断加深。近几年来国内各大油田的部分注水单井或区块高压欠注问题日趋突出，促使人们逐渐认识到发展增压注水工艺的必要性。因此，增压注水泵的发展也十分迅速，到目前为止，增压注水泵己初步形成离心式、往复式两大类。

目前国内各油田大小不一，油藏类型多样，其配套的注水系统也各不响注水泵寿命的因素主要有水质、材质及加工装配质量。针对某些油田注入水质的腐蚀、结垢现象，通过改善水质和泵前加防垢器;泵过流零部件全部采用防腐材料，并提高加工装配质量，可以提高注水泵的运行寿命。

(3)注水泵选型问题

各油田油藏类型多样，断块油田注水系统注水量较小，少数油田区块(注水压力为16MPa)若选用高效率的柱塞泵，装泵台数少不能满足水量要求;若选用离

心泵(80一100m³/h)，则泵效仅61%一70%，达不到泵效大于75%的标准要求。

2柱塞泵

2.1柱塞泵的分类

柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。1）径向柱塞泵：柱塞中心线与缸体中心线垂直。

配流轴式径向柱塞泵

阀配流径向柱塞泵

2）轴向柱塞泵：柱塞中心线与缸体中心线平行。

斜盘式（直轴式）轴向柱塞泵：缸体轴线和传动轴轴线一致。

斜轴式无铰轴向柱塞泵：缸体轴线和传动轴轴线存在一摆角β。

2.2、配流轴式径向柱塞泵工作原理

传动轴通过离合器与缸体连接；缸体2均布有五个柱塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔；柱塞1头部的滑履与定子内圆接触；定子4与缸体2存在偏心；配流轴5配流。

图示旋转方向，b 为吸油窗口；c 为压油窗口。 1、配流轴式径向柱塞泵排量公式

式中：e ——定子与缸体之间的偏心距

z ——柱塞数

2、配流轴式径向柱塞泵结构特点

1）配流轴配流，配流轴上与吸、压油窗口对应的方向开有平衡油槽，使液压径向力得到平衡，容积效率较高。

2）柱塞头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接触，接触面比压很小。 3）可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。

4）改变定子相对缸体的偏心距e 可以改变排量，且变量方式多样。

2.3、斜盘式轴向柱塞泵工作原理

缸体上均布Z 个柱塞孔，其分布圆直径为D ，柱塞直径为d ；斜盘相对于传动轴的倾角为α。

泵：图示旋转方向，A 为吸油窗口；B 为压油窗口。

1、斜盘式轴向柱塞泵的几何排量公式

ez

d z

e d V 2

24

2

2

ππ=

⋅⋅=

γπ

π

tan 4

4

q 2max 2ZD d ZS d B =

=

式中 d —直径； Z —柱塞数； D —分布圆直径； γ—倾角。

改变斜盘倾角γ可以改变泵的排量。γmax 一般小于180～200 。

实际上,由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的，因而输出流量是有脉动的，泵的瞬时理论流量是正弦函数：

式中：ω——缸体旋转角速度； θ——缸体转角；

m ——位于排油过程的柱塞数 流量脉动系数δ

当柱塞数z 为偶数时：

当柱塞数z 为奇数时： 结论：

通过如上分析可知，当Z 为偶数是时，流量脉动周期角△θ=α，脉动周期

∑=+=

m

i sh z

m

D

d q 1

22sin tan 2

4）（π

θαωπ%

100δmin

max ⨯-=

avg

q q q %

1002tan δ,2z m ⨯==z

z π

π%1004tan 2δ,21z m ⨯=±=

z

z ππ

T=α/ω，脉动频率z)nZ/60

/1f H T Q （==;当Z 为奇数时，流量脉动周期角△θ=α/2，脉动周期T=α/2ω，脉动频率z)nZ/30

/1f H T Q （==。综上所述，当Z 为奇数时，流量脉动系数δ较小，而脉动频率较高，即流量品质较好。这就是斜盘泵的柱塞数通常采用奇数的原因。但近年来理论和实验研究均表明奇数柱塞泵、偶数柱塞泵的流量脉动周期角△θ均为Z /2π，并且流量脉动并没有明显差异。

2.4、斜盘式轴向柱塞泵的结构特点

1）主体部分：

①定心弹簧：保证缸体与配流盘，滑履与斜盘紧密接触，端面间隙自动补偿，提高了容积效率，额定压力可达31.5MPa 。

②传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。避免了缸体和配流盘之间的偏磨现象

③柱塞、滑履中间的小孔，把压力油引入滑履底部，形成了静压油膜，减小滑履、斜盘间的磨损。

另外泵体上有泄漏油口；在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。

图示2.4—1

1——手轮；2——斜盘；3——回程盘；4——滑靴；5——柱塞；6——缸体；7——配流盘；8——输入轴。