在油田开发过程中，注水工艺是保持地层 能 量， 提 高 原油采收率的重要手段。在油田注水系统中，往复式高压柱塞泵的应用非常广泛，但是由于油田注水多应用处理后的污 水， 导 致 柱 塞 泵 的 工 作 条 件较差。技术人员对柱塞泵的故障停 泵 进 行 了 统 计 分 析， 发 现 柱塞 密 封 系 统 故 障 是 导 致 停 泵 的主要原因，针对柱塞密封系统失效的原因，对柱塞密封系统进行了改进，改进后的密封系统，可以在不停泵的情况下加注机油，减少柱塞、盘根的磨损，提高了注水泵的运行时率，降低了工作强度和运行费用。
 
油田注水利器
 
往复式高压柱塞泵是油田注水的重要设备,在保持地层能量、污水回灌等方面应用广泛。但是由于油田注水主要应用油井产液分离后的污水，特别是污水回灌系统对污水处理标准较低，加之地层压力不断升高，注水泵的工作条件十分恶劣，现场维护工作量很大，其中最为常见的注水泵故障是柱塞密封系统失效，主要包括盘根刺漏和柱塞腐蚀。由于更换盘根和柱塞必须进行启、停泵，而且需要在泵房内长时间工作，增加了施工的危险性，同时辅助材料的大量消耗，也增加了注水成本。
 
因此,如何改进柱塞密封系统，提高其可靠性成为当前必须解决的问题。油田注水现场上使用的高压柱塞泵（见图 1），属于容积泵的一种，它借助于柱塞（活塞）在工作腔内的往复运动来使工作腔容积产生周期性变化的，从而达到吸入和排出液体的目的。
 
在电动机的带动下，柱塞通过连杆机构在缸套中做往复运动，当柱塞从左边的极限位置向右运动时，缸内形成真空，在储水罐内液体高差（或喂水泵）压力作用下，挤开吸入阀进入缸内，直到柱塞运行到最右边为止，这一过程叫吸入过程；当柱塞运行到右边极限位置后，柱塞开始向左边移动，缸内液体受压，压力升高，吸入阀关闭，排出阀打开，高压液体经排出管排出泵外，这一过程叫排出过程.
 
柱塞泵就是这样连续不断的把液体吸入升压后排出。在结构上，往复式柱塞泵工作腔是借助密封装置与外界隔开，通过泵阀 ( 吸入阀和排出阀 ) 与管路沟通或闭合，其中的密封装置就是柱塞密封系统，其主要组成部分包括：压盖、铜压套、盘根、导向环。不同注水泵柱塞密封的工作原理基本相同，通过上紧压盖对铜压套进行纵向挤压，从而使铜压套压紧盘根，盘根被挤压膨胀后与柱塞工作面紧密接触起到密封作用。
 
漏失问题的产生
 
造成停泵的主要原因是柱塞密封失效，包括盘根漏失和柱塞的磨损（见图 2）。通过对盘根漏失和柱塞的磨损情况进行调查分析，得出影响注水泵柱塞密封的主要因素为以下几个方面。腐蚀对密封的影响：注水站的主要任务是污水回灌，所用水源为油田采出液经二次处理过的污水，水中含有大量未能处理的氧、硫化氢、氯离子等腐蚀性物质，而且由于处理量较大，污水来不及散热，温度一般在 60℃以上。
 
柱塞长时间工作在这种环境下，本体涂层会因为腐蚀形成很多微小的沟槽和浊点，水通过这些沟槽和浊点在高压的作用下，经柱塞的密封滴入柱塞箱内，造成盘根刺漏；柱塞与盘根干磨：在更换盘根时，一般会在盘根中加入润滑油，但是长时间使用，润滑油会被冲蚀变质，在注水泵启动时，盘根与柱塞在无润滑状态下剧烈摩擦，常常出现盘根冒烟烧结现象，造成盘根损坏。
 
固体杂质影响：油田污水经处理后仍会含有一定数量的固体杂质，同时污水在管道中输送过程中，也可能会产生部分杂质，再加上盘根磨损产生的碎屑。这些固体杂质在柱塞和盘根的密封面中无法排出。注水泵靠柱塞的往复运动来排出液体，在正常情况下，每分钟的往复次数可达到260 次 / 分。高速往复运动使柱塞和盘根之间的相对速度非常大，固体杂质加速了盘根和柱塞的磨损，造成泵效降低，盘根漏失增大，更换频繁；结垢的影响：污水中含有钙镁离子及碳酸根离子，极易产生碳酸垢，在柱塞停运时，柱塞与密封间存在污水，当水分蒸发，便有晶体析出，使柱塞泵运行时产生硬性磨损，导致密封失效。
 
解决漏失问题
 
在找准问题的基础上，我们对注水站柱塞密封系统进行剖析、逐项改进。通过加注机油形成柱塞和盘根的润滑面来解决污水腐蚀和盘根干磨的问题，在压盖上均匀钻 6 个通孔，攻丝后安装机油嘴，作为机油加注孔。在铜压套台阶外侧与压盖通孔对应处均匀钻 3 个通孔，并车出一环形凹槽，用于机油储存盒润滑。同时在压盖内侧底部与铜压套接触部位车一环形槽，并安装 O 型圈，起到密封作用，防止工作腔内的机油渗漏（见图 3）。
 
在泵正常运转过程中，通过压盖注入的机油，对柱塞、铜压套、盘根之间都产生润滑作用，减少了干磨现象，同时由于通过柱塞与盘根的往复运动，会在柱塞本体中持续形成一层机油膜，对污水产生一定隔离作用，减少了污水对柱塞的腐蚀。经改进的柱塞密封系统，可以实现在不停泵的情况下，利用高压机油枪加注机油，减少了启停泵的次数，同时延长了注水泵盘根和柱塞的更 换 周 期， 使 材 料 损 耗 大 大 降低，维护工作量减低，有效的降低了维修成本，提高了注水泵的运行时率。
 
为了减少固体杂质的影响，在铜压套台阶内侧里外各车一环形凹槽，在生产中，往复运动产生的碎屑可以进入铜压套前端的凹槽中，同时利用机油的携带作用，盘根内侧的杂质也可以被带出，并储存在凹槽中。这样避免了固体杂质的对柱塞和盘根的持续研磨，只需要更换盘根时清理凹槽即可。