浅谈注水泵异常振动的形成原因及对策

浅谈注水泵异常振动的形成原因及对策

摘要：油田广泛采用注水采油技术进行采油生产。注水泵出水管线是注水系统必不可少的设施之一，其振动直接影响到油井的稳定生产、采油质量和效率。过大的振动可能引发严重事故，造成重大经济损失。因此，对注水泵出水管线的振动及其控制策略进行研究有着重大的工程意义。

关键词：注水泵振动工作效率

一、概述

目前3175型高压往复式注水泵是油田注水的主要设备。在现场随意抽选10台注水泵作为本次分析的设备，随着油田注水开发的持续进行，注水量成倍增加，注水泵的需求量急剧增加，注水泵站的建设速度加快，随之注水泵和注水泵房管线的安装问题，以及注水泵的故障率一直居高不下，部分地区因注水泵设备故障和注水管线振动导致欠注越来越严重，导致注水泵房的运行安全和噪音污染问题突出。制约着油田的高效、安全、平稳的发展要求。

二、注水泵运行过程中频繁出现的问题

以长庆油田某A接转注水站为例，自2007年9月投用之后，注水泵房进出口振动异常严重，导致系统多次出现以下故障：

1. 注水泵的1#，2#注水泵喂水管线震裂。

2. 2#注水泵喂水管线上两个过滤器的支墩震碎。

3. 2#注水泵出水管线振动异常强烈。

4.注水泵喂水管线上的1个阀门，因振动影响而出现损坏。

5.管道支撑框架的一根工字钢，斜撑固定点产生2处裂缝。

6.注水泵房水泥地面振出4处裂缝。

图1-某A注水泵示意图

经现场测试，发现1#，2#注水泵喂水管线振幅600-2000μm，1#注水泵出水管线振动正常，2#注水泵出水管线900μm，超出正常值400μm。

第一次检修：由于喂水管线，出水管线都产生振动，根据经验判断可能是机械零件松动所致。于是逐一检查加固支撑点，并多增加了4个管卡。运行后，现场测试1#，2#注水泵喂水管线振幅600-1800μm，2#泵出水管线900μm左右。效

果不是很明显。

第二次检修：排除了机械零件松动的影响后，由于现场测试1#，2#注水泵喂水管线振动大，根据注水泵工作原理及厂家专业人员的意见，分析可能是注水泵喂水端单流阀有刺漏，高压脉冲回流引起的振动。打开注水泵腔吸、排液阀发现弹簧有点变形，更换弹簧运行后，振动幅度明显变小，测试结果为140μm。

第三次检修：考虑到2#泵出水管线振幅为900μm，超出正常值400μm，并且检测到振幅一致变化不大。经判断分析认为可能是蓄能器出行异常。经过几次调节蓄能器气囊压力，运行后，2#泵出水管线振动变小，效果明显。检测2#泵出水管线振幅降到平稳的350μm。

三、振动原因分析

1. 1#、2#注水泵喂水管线振动原因分析

首先，由于弹簧变形使得吸入阀不能充分回位，高压液体回流使其液流受阻，造成流量不均，加剧流量的脉动而造成管线振动。其次，注水泵在运行过程中旋转轴带动活塞对液体进行压缩，在系统中任意位置压力都会产生间歇性和周期性变化。脉动的流体经过弯头异径管、控制阀和盲板等附件时，将产生随时间变化的激振力，受激振力的作用，所有附件会产生一定的机械振动响应。此外，因高、低压出水管线共同使用一套支架，由于高压管线振幅比较大，从而带动低压端振幅比较小的喂水管线产生振动。

2. 2#泵出水管线振动原因分析

经现场反复检查测试，注水泵现场运行过程中蓄能器的削峰填谷有效泵压为20 MPa，但厂家出厂适配的蓄能器压力仅为12 MPa（只能达到泵压的60%），而实际某A地区平均注水泵压15MPa，所以原有蓄能器不能起到有效的削峰填谷作用。当蓄能器的压力调到泵压的50%～60%时，振动就平稳在正常范围。（如图2）

图2-三柱塞泵工作图

调整前蓄能器的压力曲线位置对比调整后蓄能器的压力曲线位置可以清楚的看出，调整后蓄能器起到了有效的削峰填谷作用。

四、结束语

注水泵蓄能器压力一定要与该地区的注水泵压相匹配，即蓄能器压力为注水泵压的50%～60%。注水泵出口管线在热胀的同时又拌有振动，为防止振动必须固定，但这又会限制管道热胀因此往复压缩机出口管线设计应综合考虑。管道敷设尽量顺直，在满足热胀要求同时尽量减少管道变向；合理布置墩架位置，选择合适约束形式既要抗振，又要满足管道热膨胀；墩架设计应再低一些，最好能插

入地面以下一定深度，并用管卡固定管道；弯头、阀门等应力集中的地方，极易引起振动，应考虑设计支架，削减应力集中；高、低压管线宜同沟不同支墩架。

此外，为更好的避免注水泵产生异常振动，特提出以下几点建议：

1.注水泵出口靠近蓄能器的地方，增加一个蓄能器。这样可以进行第二次削峰填谷，使得振动会明显减小并且蓄能器适应的范围可以更大一点。

2.将注水泵出口管径小的管段由￠76mm增大到￠89mm。

3.注水泵出水管线至分水器汇水包管线尽量顺直，尽量使高度差减小，最好取消拐弯和高度差。

4.注水泵进出口一定要安装减震软管连接。

参考文献

[1] 李强，柴立平等.高压油田注水泵的设计，排灌机械，2006，第24卷第3期.

[2] 叶绿华.油田注水泵出水管线振动与减振策略研究，《华中科技大学》2009年.