低漏失抽油泵的研制與應(yīng)用

王群章， 陳明， 沈和平， 鄧世彪， 陳亮， 朱曉龍

(河南油田分公司a采油廠；b采油氣工程服務(wù)中心，河南南陽474780）

0 引言

目前國內(nèi)大部分油田已進入開發(fā)后期，油井受高含水、注聚合物、壓裂酸化、地層出砂等影響，加重了抽油泵柱塞及凡爾的磨損、腐蝕、漏失、砂卡、結(jié)垢、變形等故障，使得泵效降低，檢泵周期縮短，作業(yè)費用增加。為此，在對普通抽油泵結(jié)構(gòu)及漏失進行分析的基礎(chǔ)上，研制出一種低漏失抽油泵，并獲得國家實用新型專利[1]，經(jīng)現(xiàn)場400余井次應(yīng)用，泵效和檢泵周期得到明顯提升，取得較好的經(jīng)濟效益。

1 普通抽油泵結(jié)構(gòu)及漏失原因分析

1.1 普通抽油泵結(jié)構(gòu)分析

普通抽油泵是由柱塞、泵筒、固定凡爾總成和游動凡爾總成組成，如圖1所示。

圖1 普通抽油泵結(jié)構(gòu)示意圖

1.1.1 抽油泵工作原理

抽油泵柱塞上行時，受到泵筒內(nèi)真空和在泵沉沒度的壓力作用下，固定凡爾球上行打開，液體從凡爾罩底部進入泵筒內(nèi)；柱塞下行時，壓縮泵筒內(nèi)液體，固定凡爾球受到泵筒內(nèi)液體的推動力下行關(guān)閉，同時，游動凡爾打開，液體進入泵筒上部的油管中。在柱塞的往復運動作用下，凡爾球不斷地打開與關(guān)閉，使液體通過柱塞流入泵筒上部完成抽吸過程。

1.1.2 固定凡爾罩結(jié)構(gòu)分析

普通抽油泵固定凡爾總成由固定凡爾罩、凡爾球、固定凡爾座、固定凡爾罩接頭四部分組成。目前常用的φ38、φ44、φ56普通抽油泵，使用的都是同一種結(jié)構(gòu)的凡爾罩，在凡爾罩頂部均勻分布著4個φ16 mm出油孔，凡爾罩內(nèi)腔的直徑為φ50 mm，高度為71 mm，所用的凡爾球直徑為φ38 mm。

1.2 普通抽油泵漏失原因分析

1.2.1 柱塞漏失原因分析

1）普通抽油泵的泵筒與柱塞均為剛性合金材料，二者之間配合存在間隙，無法實現(xiàn)“零”密封。隨著抽油泵生產(chǎn)時間的延長，泵筒和柱塞的磨損增大，間隙會逐漸增大，漏失量變得越來越大，影響抽油泵效率。

2）普通抽油泵柱塞防砂槽只具備擋砂和刮砂性能，未考慮槽內(nèi)沉砂的清除，在防砂槽存砂后，會造成柱塞和泵筒的磨損，使泵筒和柱塞配合間隙增大，加大泵的漏失[2]。1.2.2 固定閥漏失原因分析

1）普通抽油泵的固定凡爾罩內(nèi)腔圓周直徑為φ50 mm，遠大于凡爾球直徑φ38 mm。柱塞下行時，流體的作用力不能完全作用在閥球上，延緩了閥球的關(guān)閉時間。

2）普通抽油泵的固定凡爾罩都為單級簡單結(jié)構(gòu)，凡爾球運動軌跡長，凡爾球下行距離長，關(guān)閉時間延緩。從凡爾球可移動的空間來看，當活塞下行時，泵腔內(nèi)的壓力上升，凡爾球做初速度為零的變加速運動，雖然這一運動時間很短，但凡爾球運動的距離較大，導致凡爾球關(guān)閉不及時增大漏失[3]。

上述原因使泵筒和柱塞、凡爾球和凡爾座密封不嚴，漏失量增大，從而造成抽油泵漏失，泵效降低。

2 低漏失抽油泵的研制

低漏失抽油泵是由泵筒、柱塞總成、固定閥總成組成。柱塞總成上包含有刮砂槽和密封環(huán)，固定閥為雙級特殊結(jié)構(gòu)。

2.1 抽油泵柱塞總成的研制

如圖2所示，柱塞上、下兩端分別嵌入用特種材料制作的上密封環(huán)1和下密封環(huán)2，密封環(huán)具有耐磨、耐腐蝕、彈性好的特性，不但實現(xiàn)柱塞與泵筒的零間隙密封，同時，上密封環(huán)1和下密封環(huán)2均為彈性密封環(huán)，可以自動彌合泵筒和柱塞間的磨損間隙，在上密封環(huán)1和下密封環(huán)2之間所圍成的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了隔絕密封，可避免油中的砂?；蚱渌s物進入該區(qū)域?qū)χ斐蓳p傷，上下密封環(huán)與泵筒實現(xiàn)緊配合，減少了液體的漏失。

圖2 抽油泵柱塞總成

另外，在柱塞本體與密封環(huán)兩端設(shè)有一對環(huán)形刮砂槽，分別為上環(huán)形刮砂槽3和下環(huán)形刮砂槽4，上環(huán)形刮砂槽3位于上密封環(huán)1的上側(cè)，下環(huán)形刮砂槽4位于下密封環(huán)2下側(cè)。其作用是在柱塞上、下沖程中對附著在泵筒內(nèi)壁上的細小砂粒和污垢等雜物進行刮削和沖刷，可有效避免雜物劃傷泵筒、柱塞本體和密封環(huán)，減少砂卡。

圖3 抽油泵固定閥總成

表1 固定凡爾罩的結(jié)構(gòu)改進前后參數(shù)對比表 mm

圖4 兩種固定凡爾罩結(jié)構(gòu)對比圖

2.2 抽油泵固定凡爾罩的研制

如圖3所示，抽油泵泵筒下端的固定閥采用一級固定閥5與二級固定閥6順序串聯(lián)的雙固定閥，這樣在一個固定閥出現(xiàn)故障的情況下，由另一個固定閥提供保障，確保抽油泵的正常工作，極大提高了抽油泵的可靠性和抽油效率，同時也延長抽油泵的檢修周期。

表2 低漏失抽油泵應(yīng)用效果分析表

根據(jù)原抽油泵固定凡爾漏失的原因和結(jié)構(gòu)分析，其漏失主要是由于所用的抽油泵凡爾罩的結(jié)構(gòu)不合理導致的，因此針對原固定凡爾罩的結(jié)構(gòu)進行了改進。改進前后參數(shù)見表1，改進前后的結(jié)構(gòu)對比如圖4所示。

改進后的抽油泵固定凡爾罩降低了凡爾罩內(nèi)腔高度，減小了凡爾罩的內(nèi)腔直徑，同時增大了油流通道，改進后的結(jié)構(gòu)相當于在凡爾罩內(nèi)腔加裝了四根導向柱，有效地限制住了凡爾球的運動軌跡，對凡爾球起良好的扶正作用，減少了凡爾球工作時的運動空間，降低了凡爾球關(guān)閉時的偏移量，增加了凡爾球與凡爾座的對中性，縮短了凡爾球的關(guān)閉時間，具有良好的導向性；降低了凡爾罩的內(nèi)腔高度也相當于縮短了凡爾球工作時的彈跳高度，柱塞下行時液體反饋力集中作用于凡爾球上，縮短了凡爾球的關(guān)閉時間，減少了泵的漏失。

3 效果分析

經(jīng)過現(xiàn)場使用，在沖程、沖次、泵徑和泵深相對不變和無油層改造措施的可對比條件下，低漏失抽油泵先后在雙江、安棚、魏崗等地區(qū)50口抽油井現(xiàn)場應(yīng)用，能顯著提高泵效，收到較好的效果。

通過隨機抽查的10口井對比分析，檢泵周期由原來的平均114 d提高到574 d，平均提高了460 d，泵效由原來的平均58.3%提高到67.6%，平均單井泵效提高了9.3%，如表2所示。

4 結(jié) 論

1）低漏失抽油泵采用了密封環(huán)和雙級特殊固定閥結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效地實現(xiàn)了柱塞和泵筒之間的“零”密封，減少了泵的漏失，可顯著提高抽油泵泵效，延長抽油泵的使用周期。

2）低漏失抽油泵結(jié)構(gòu)簡單，與常規(guī)抽油泵相比，其它部件的裝配方法和普通凡爾罩相同，并且維修方便，成本低，在油田開發(fā)中具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。