油田生產(chǎn)用旋轉(zhuǎn)防砂抽油泵的制造與應(yīng)用

孫大鵬

在傳統(tǒng)的抽油設(shè)備中，由于抽油泵泵筒和柱塞組成一對滑動摩擦副，在抽油過程中，原油中富含的砂粒（泥漿）在柱塞與泵筒間分布不均，經(jīng)常會導(dǎo)致摩擦副產(chǎn)生嚴(yán)重的局部磨損。此外由于油井含水率升高，抽汲參數(shù)不合理、桿柱組合不當(dāng)?shù)纫矔鹬ァＲ鹬プ钪饕蚴潜猛才c柱塞之間的接觸位置在圓周方向基本保持不變，受產(chǎn)出液性質(zhì)、溫度、生產(chǎn)參數(shù)、井身結(jié)構(gòu)及地層條件等影響，偏磨的程度也因此而有所區(qū)別。遼河油田經(jīng)過40年的開發(fā)建設(shè)，大部分區(qū)塊已進(jìn)入高含水期，油井出砂現(xiàn)象已經(jīng)成為影響正常生產(chǎn)的一個重要隱患，對于柱塞式抽油泵泵筒和柱塞的磨損、腐蝕、劃傷等現(xiàn)象越來越突出，油井平均檢泵周期越來越短，頻次不斷增加，這樣會對油田開發(fā)綜合經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。

為了預(yù)防柱塞偏磨，油井砂卡，延長抽油泵壽命和檢泵周期，提高泵效，我們著手對旋轉(zhuǎn)式防砂抽油泵進(jìn)行研究。

防砂抽油泵的主要構(gòu)成：旋轉(zhuǎn)防砂抽油泵采用長柱塞、短泵筒、側(cè)向進(jìn)油、環(huán)空沉砂結(jié)構(gòu)、長柱塞上連接一旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)。

設(shè)備的工作原理：在上下沖程過程中，柱塞上部閥罩始終在泵筒外面，能夠防止砂粒進(jìn)入柱塞和泵筒之間的密封間隙，從而減少砂卡事故，減輕了泵筒與柱塞的磨損。當(dāng)油井停抽時，柱塞上部閥副關(guān)閉，下沉的砂粒沿沉砂環(huán)空沉入尾管，避免了常規(guī)抽油泵在泵上聚積砂粒，造成卡泵、砂埋抽油桿的現(xiàn)象。

在長柱塞上加一旋轉(zhuǎn)裝置，旋轉(zhuǎn)裝置借助抽油桿柱上、下沖程的上提拉力和下放壓力強(qiáng)迫固定在軸套上驅(qū)動銷在旋轉(zhuǎn)道內(nèi)順時針旋轉(zhuǎn)，從而帶動柱塞旋轉(zhuǎn)。柱塞在運動中既做往復(fù)直線運動，同時還做旋轉(zhuǎn)運動，從而使泵筒和柱塞均勻磨損，延長泵的使用壽命。

技術(shù)特點

柱塞旋轉(zhuǎn)，防止局部磨損以免發(fā)生柱塞腐蝕、結(jié)垢砂卡、熱膠合等問題出現(xiàn)，適用于出砂井、斜井和熱采井。

柱塞均勻磨損，細(xì)小砂?；蚰酀{難以存在于柱塞和泵筒之間。整體長柱塞、短泵筒結(jié)構(gòu)，還具有沉砂功能，避免砂埋抽油桿，防砂卡效果好。

沉砂結(jié)構(gòu)可消除脹泵現(xiàn)象，適用于深抽井。

閥球采用無磁硬質(zhì)合金，因其硬度、抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性、耐腐蝕性比其它材料閥球高，因而適用于熱采井、出砂井。

柱塞旋轉(zhuǎn)，偏磨減小，泵的漏失量減小，泵效較高。

柱塞右旋，杜絕桿柱脫扣；柱塞和泵筒均勻磨損，泵的壽命延長，延長檢泵周期。

旋轉(zhuǎn)式防砂泵的工作原理：在容易出砂的油井中，經(jīng)常會出現(xiàn)砂埋抽油桿、砂磨泵筒和柱塞、砂卡柱塞等故障和現(xiàn)象，我們在采用常規(guī)柱塞抽油泵時，會使抽油泵過早出現(xiàn)失效。針對這些問題，我們重點對長柱塞短泵筒防砂泵進(jìn)行了深入的設(shè)計和研究。在油井的生產(chǎn)過程中，由于泵筒處會有一部分外露的柱塞，經(jīng)過現(xiàn)場認(rèn)真地查看，可以發(fā)現(xiàn)泵筒與柱塞之間的間隙不易產(chǎn)生沉砂現(xiàn)象，這樣可以避免停抽后砂卡或砂埋柱塞事故發(fā)生，這樣會有效地延長油井的維護(hù)周期，這樣可以有效防止砂在泵筒之間的沉積出現(xiàn)，從而進(jìn)一步提高防砂的效果。

旋轉(zhuǎn)式柱塞抽油泵在工作過程中，柱塞每一沖程中隨機(jī)轉(zhuǎn)動過程中，都會不斷地改變柱塞與泵筒的接觸面，使柱塞圓周逐漸均勻磨損的同時將砂?；蚪Y(jié)垢從柱塞與泵筒之間排出，解決了磨蝕材料聚集所引起的嚴(yán)重定位磨損及桿柱脫扣。

據(jù)現(xiàn)場綜合運用和應(yīng)用統(tǒng)計，柱塞抽油泵上閥罩失效情況較突出，其失效形式主要為斷裂。容易發(fā)生故障的部位有主要有兩處：一是上閥罩出油孔處；一是拉桿與上閥罩連接處螺紋根部。因此，我們在設(shè)計中充分考慮并研制防斷上閥罩，這樣可以有效避免抽油泵工作時上閥罩?jǐn)嗔选榱朔乐狗矤柷蚝头矤栕g的漏失，開發(fā)設(shè)計了多個游動凡爾和固定凡爾以提升效果。

防砂抽油泵材料和表面處理

隨著材料加工工藝水平的不斷改進(jìn)和表面處理技術(shù)的進(jìn)步，新的柱塞與泵筒的材料將會出現(xiàn)，表面處理工藝水平也隨之進(jìn)步，但這時要注意柱塞和泵筒的材料的優(yōu)化匹配。隨著表面處理技術(shù)和材料加工工藝的提高，不斷會推出新的柱塞與泵筒的材料和表面處理工藝。其中，防砂抽油泵一般襯套材料為20CrMo滲碳或38CrMoA氮化，配合副的保護(hù)層比較容易在高硬度石英砂的磨蝕下被破壞，隨后發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，造成保護(hù)層脫落，嚴(yán)重的還會造成卡泵事故。從目前油田實際狀況看，使用鎳基噴焊合金涂層的柱塞已經(jīng)比較普遍，能部分解決部分問題，但這時尤其要注意泵筒的材料和柱塞的優(yōu)化匹配，對于市場上即將推出的陶瓷特殊泵，對于柱塞抽油泵防砂、防垢、抗磨、耐高溫幾方面的性能有較好的效果，也將會大大提高柱塞抽油泵防砂、防垢、抗磨、耐高溫幾方面的性能。

從遼河油田各應(yīng)用現(xiàn)場的綜合應(yīng)用情況進(jìn)行綜合分析和對比，我們可以發(fā)現(xiàn)，部分材質(zhì)的硬度、耐磨性及抗蝕性較差是造成固定閥刺壞、失效的主要原因。采用超高強(qiáng)度抽油桿柱，并在桿柱底部配置一定重量的加重桿，可以防止泵筒的彎曲，減少柱塞與泵筒的磨損。3Cr13是閥及閥座所采用的主要材質(zhì)，也有6Cr18Mo和9Crl8Mo材質(zhì)的占一小部分。有的油區(qū)采用碳化鎢硬質(zhì)合金閥座替代原來的6Cr18M，采用這種材質(zhì)要注意的是閥球密度的變化，因為密度變大后將增加油流進(jìn)泵阻力和固定閥處的壓降。對于陶瓷凡爾球和陶瓷閥座，陶瓷凡爾有時可能會開裂，使用過程中也要注意。

旋轉(zhuǎn)式防砂抽油泵的制造工藝

由于泵筒柱塞的加工、材料處理、組裝等環(huán)節(jié)存在差異性，相同規(guī)格泵的各種參數(shù)不可能完全一致，因此會引起多種意想不到的事故，加工過程中要加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控，合理采用低沖次、長沖程的參數(shù)進(jìn)行適度匹配，在有充足供液能力的油井以及在保持相同泵效的情況下，采用大泵的沉沒度應(yīng)略大于小泵，這種設(shè)計也能夠在一定程度上延長泵的使用壽命，提高整體的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

防砂抽油泵在遼河油田的應(yīng)用前景：旋轉(zhuǎn)防砂抽油泵用于出砂井、斜井、熱采井和深抽井、低效井：具有防砂、防偏磨、防腐蝕、防結(jié)垢、防高溫?zé)崮z合、泵效高、延長檢泵周期、降低采油成本等特點。為出砂井、斜井、熱采井深抽井和低效井、帶封隔器采油井提供技術(shù)支持，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前在沈陽采油廠、茨榆坨采油廠、歡喜嶺采油廠、高采油廠、齊40塊蒸汽驅(qū)開發(fā)項目管理部等現(xiàn)場應(yīng)用500余井次，均取得了較好的效果，具有良好的開發(fā)前景。