注聚泵液力端的改进设计

摘要： 通过对油田在用注聚泵的使用情况进行调研，针对现场使用中出现的问题，以提高注聚泵液力端易损件的使用寿命及工作性能为目的，本文通过对聚合物流动特性的分析，提出了注聚泵液力端的改进方案。液力端采用了导流型泵阀，其导流性好，对聚合物降解也降低。

Abstract： For the purpose of improving the service life and working performance of polymer injection pump's wearing parts， this paper has analyzed the polymer's flow characteristics and problems in usage， and has come up with the improved program of polymer injection pump hydraulic end by investigating the polymer injection pump usage in oilfield. Hydraulic end reduces the degradation of the polymer and it's diversion is good， with a diversion-type valve.

关键词： 注聚泵；液力端；改进设计

Key words： polymer injection pump；hydraulic end；improved design

中图分类号：TE926 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）06-0053-02

0 引言

聚合物驱油是提高采收率的重要方法之一，被称作三次采油。它是在注入水中加入少量的聚合物，提高注入水的粘度，改善水油流度比，调整吸水剖面，从而提高驱替液在非均质中的波及系数，扩大扫油面积，从而能大大地提高原油的采收率。

聚合物实质为聚丙烯酰胺（PAM）的水溶液，该溶液是一种分子量很大的化合物，具有高粘度（一般为2000～5000mpa·s）和高弹性的特点。属于非牛顿型流体。在压力为0.09MPa的条件下含气量

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。目前国内油田注聚泵站应用的国产注入设备有3J/70/2500/16型计量泵、KD63及KD76型注聚泵、5SZ型注聚泵等，国产厂家不下十几种。引进的国外注聚泵有英国的NB-32型高压计量泵、美国的MPl0型注聚泵及KP系列泵等。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 注聚泵液力端的设计方案

作为三次采油重要设备之一的注聚泵，其性能和可靠性是非常重要的指标。然而，从近几年注聚泵的运转情况来看，无论是进口的泵还是国产泵，都表现出对聚合物这种高粘度，长分子链物质的不适应性，表现为容积效率低，自吸能力差，粘度降解大，性能不稳定，可靠性不高。

为了能开发出高效注聚泵，满足注聚的需要，本研究在设计时，从认识聚合物介质的流体特性入手，对注聚泵液力端有关结构进行改进设计。

2.1 聚合物母液的流动特性分析 聚合物母液是一种非牛顿流体，分子链长。因此，在流动过程中，有“抽丝”现象，又象流体乱麻，尤其是在改变流动方向或分流时更有“抽丝”特征。图1形象地显示了聚合物母液在不同分流时的表现。从图中可以看出，直角分流有“抽丝”现象，见图1（a），对流动不利。图2反映了聚合物在不同转弯情况下的表现。从图中可以看出，直角转弯将有“抽丝”现象，见图2（a），而带有滞留区（即死水区）的直角转弯将有两处“抽丝”，流动更加受阻，见图2（b）。只有缓慢转弯流动无“抽丝”现象，对聚合物流动有利，见图2（c）。根据上述分析可以认为，目前在用泵在设计时没有充分认识到这种流体的特性，是出现各种问题的重要原因。

2.2 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。经过分析和进行对比试验，得到了注聚泵的容积系数（ηV）随不同角度锥阀的变化规律（见图3）。其变化规律也验证了对图1的分析。这样就得到了理想的导流型阀（见图4及图5），其导流性好，对聚合物降解也低。

②在进出口阀弹簧的匹配的方面，通过分析和对比试验，优选出了合适的匹配关系。根据目前泵的吸入压力P1=0.03～0.15MPa、出口压力P2=16MPa的工况，进出口弹簧一般分别取4.0kgf/cm及7.0kgf/cm是比较理想的。

③液力端缸体的设计要着重考虑流道光滑，对流面积均匀，避免出现如图2中的滞留区，减少对聚合物的降解，尽量减少余隙容积等。

④泵的结构设计，力求保证泵运转平稳可靠，条件好，便于拆装和维修。在设计过程中努力克服目前在用泵的某些不足，比如，接杆与柱塞的连接采用卡箍连接，使柱塞的连接实现了可调整形式，从根本上解决了由于制造不同轴而引起的柱塞偏磨和发热问题。

⑤长柱塞、长冲程和低冲次对提高泵效、减少降解很有好处，设计中，尽量朝这个方向努力。

3 结束语

改进后的注聚泵延长了易损件寿命，特别是延长了阀组有效工作时间，对聚合物粘度降解减小，容积效率有所提高。

参考文献：

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