油田往复式注水泵预防性检维修技术应用

引言

在油田注水开发过程中，往复式注水泵作为维持地层压力和保障注水系统稳定运行的关键设备，其运行状态直接关系到油田的开发效率与生产成本控制。受高频往复冲击、高压工作环境及长周期连续运行等因素影响，泵组常出现柱塞磨损、泵头泄漏、曲轴疲劳等问题，导致运行效率下降及维保成本增加。传统故障性检修手段存在响应滞后、维修不可控等缺陷，已难以满足高效稳定开发需求。

1 注水泵常见故障类型与劣化机理分析

1.1 柱塞、泵头、曲轴等部位的失效模式

柱塞部位常因润滑不足、颗粒杂质侵蚀或材质疲劳出现拉伤、划痕及断裂，严重时造成柱塞与缸套间隙异常，影响密封性能。泵头区域的易损部件如阀座、阀片及密封垫圈，在高速流体冲刷与频繁启停过程中产生疲劳破坏、结构变形或压缩永久变形，引发泵液泄漏和泵压下降。曲轴结构复杂，承受交变弯矩与剪切应力，若润滑不良或存在装配偏心问题，极易引起轴颈磨损、裂纹扩展甚至断裂，造成整机停运。

1.2 运行中产生磨损、漏液与温升的根因

柱塞—缸套系统承受高速往复摩擦，若润滑油未形成稳定油膜，表面微观凹凸处会发生干摩擦甚至粘着磨损，杂质进入润滑通道亦将加剧磨粒磨损；曲轴箱内润滑油污染后润滑性能下降，导致轴承表面疲劳剥落并引发非对称磨损。密封系统方面，传统盘根密封受装配预紧力控制精度不足、工作腔液压波动剧烈影响，容易出现局部泄漏甚至盘根挤出。

1.3 故障频发对油田运行效率的影响

由于泵组承担维持注采比与压力梯度稳定的核心功能，其突发停机将导致注水系统压力波动，影响注入剖面均匀性并引发部分油井吸水剖面偏移，降低原油采收率。频繁更换柱塞、密封垫等易损件增加人工维修频率及备件库存成本，影响检维修计划的系统性与可预测性。泵头与曲轴箱故障更易造成整泵失效，出现紧急停产与安全隐患，尤其在边远井场缺乏及时备件保障与技术支援的情形下，系统恢复周期显著延长。

2 预防性检维修关键技术手段应用

2.1 润滑油质量监测与曲轴箱磁铁保护措施

通过布设在线润滑油监测模块，可实时获取油温、黏度、含水率及颗粒物浓度等参数，结合趋势分析模型判断润滑油劣化进程。在注水泵曲轴箱内部加装高强磁性材料构成的吸附结构，能够有效捕捉由部件磨损产生的铁磁性颗粒，避免其在油路循环过程中对轴承和滑动面造成二次磨蚀。在典型应用中，曲轴箱磁铁可在维护周期内收集大量铁粉沉积物，结合周期性油样检测数据，可量化设备磨损速率，为预防性换油与精准检修提供数据支持。

2.2 振动与温度实时监测系统布设及分析方法

基于预防性检维修理念，泵组安装了三轴向加速度传感器与高精度热电偶构建的监测系统，实现对曲轴、连杆、泵体等关键节点的振动频率与温度数据的实时采集。数据通过无线网络上传至远程终端，结合傅里叶频谱分析与小波变换算法对振动波形进行故障特征提取，识别早期的不平衡、轴承松动或局部摩擦异常。温度数据则用于评估摩擦热累积趋势与热管理系统运行负载。

2.3 柱塞强制润滑与组合式铅垫盘根密封结构优化

针对柱塞系统常见的干摩擦与高温磨损问题，技术团队对传统润滑结构进行改进，引入柱塞强制润滑技术，在柱塞运动路径中设定独立润滑通道，并通过小型柱塞泵向柱塞工作面强制供油，确保润滑油在高频往复工况下形成稳定油膜，显著降低摩擦系数并抑制温升上升速率。密封系统方面，采用组合式铅垫盘根结构，在传统柔性盘根材料基础上叠加高耐温、耐压的铅基环垫，有效分散压紧力并提高径向密封能力，克服传统盘根在

长期受压后发生蠕变与挤出的缺陷。

3 先进检修辅助技术集成应用

3.1 内窥镜检查在曲轴与泵头部位的应用实例

采用工业视频内窥镜技术，在不解体设备的条件下，可实现对曲轴颈部、连杆滑道、泵头阀腔等区域的微观成像与精准检查。现场应用中，技师通过曲轴箱检修孔插入可弯曲导向的软管式内窥镜，搭载高清摄像探头对润滑通道堵塞、轴颈表面疲劳裂纹、轴承剥落和泵头阀座积垢等问题进行实时观测，并同步采集视频与图像数据归档分析。

3.2 设备二维码与手机端档案管理系统构建

系统采用唯一标识方式生成二维码标签，粘贴于每台注水泵机组显著位置，用户通过手机终端扫码即可调用该设备的结构图纸、维保记录、检修日志、运行参数历史曲线等关键数据，形成“现场扫码即查档”的高效操作机制。在现场试点部署中，每一轮检修作业后均需通过移动端上传维保照片、关键参数、维修说明及配件更换记录，由系统自动归档至云端设备档案库。

3.3 运行参数与维保记录的数字化融合管理

系统以设备唯一标识为主键，实现对泵组的运行压力、流量、泵速、振动、油温等实时参数的自动采集，并与其历史维修、保养、配件更换信息动态关联。通过嵌入式数据处理与边缘计算模块，系统可对关键性能指标进行趋势分析与偏差识别，结合维保记录生成设备健康评分与风险等级评估图谱。

4 技术应用效果评估与管理优化建议

4.1 综合技术应用成效与运行性能提升评估

以某一区块为例，单台泵年均故障率由 4.8 次降至 1.3 次，检维修频次由 3.2 次压缩至 1.5 次以内，平均停机时长减少约 65% 。动态运行指标同步改善，泵压波动控制在 ±0.1MPa 以内，运行噪声下降 5dB，振动主频幅值下降 42% ，表明设备动态响应趋于稳定。结构层面，泵头、柱塞与密封系统的材料配合与润滑方式升级，有效抑制高频摩擦与热膨胀应力，保障了关键部位的受力均衡性与密封可靠性。统计分析显示，平均无故障运行时间从 1850 小时提升至 3120 小时，整机寿命延长约 1.6 倍，设备可用性显著增强。

4.2 标准化与智能化检维修体系构建路径

通过在设备层面嵌入二维码标识与电子档案体系，形成以设备唯一标识为基础的数据链条，覆盖设备出厂参数、历史运行数据、典型故障类型与维保记录等多维信息。结合移动端扫码工具，实现检修现场的实时数据查询与问题回溯。流程层面建立统一的诊断评价指标、风险评估标准与维修作业清单，推动维保流程的制度化、精细化。系统平台方面，集成 SCADA 平台与边缘计算节点，构建“采集—分析—预警—调度”的自动化闭环，实现多源数据的实时联动与智能判断，提升故障响应效率与检修调度科学性，为注水泵的运行稳定性与长周期可靠运行提供了坚实支撑。

5 结论

在油田往复式注水泵上系统应用预防性检维修技术，实现了泵组运行稳定性与可靠性的显著提升，构建起集润滑油质量监测、振动温度分析、柱塞润滑优化与数字化管理于一体的综合保障体系。借由关键节点的状态感知与智能研判，达成设备故障率明显下降、维保节奏趋于科学可控以及运维成本与非计划停机时间有效压缩。

参考文献

[1]任亮，唐天宇，郭琦，等.基于振动信号的往复式注水泵故障诊断技术研究[J].设备管理与维修，2024，（16）：177-179.