國內(nèi)油田抽油泵應(yīng)用工況及失效形式綜述

屈文濤，郝彥龍

（1西安石油大學(xué)陜西西安 710065）

（2陜西延長石油機(jī)械裝備制造有限公司陜西延安 716000）

1 國內(nèi)油田抽油泵應(yīng)用工況

1.1 高含水生產(chǎn)

在油田開采的后期高含水階段，抽油泵的工況主要就是隨著含水上升，而隨著地層出砂問題逐漸嚴(yán)峻，在泵筒與柱塞之間產(chǎn)生的摩擦也呈現(xiàn)半干摩擦轉(zhuǎn)化。同時(shí)，在長期開發(fā)的油田中，因?yàn)轭l繁的酸化作用、壓裂修井等作用的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)了一些腐蝕性的流體，結(jié)垢介質(zhì)也在不斷的增加。

1.2 注聚合物生產(chǎn)

在油田的三次采油階段中，隨著聚合物注入時(shí)間的增加，其開采的濃度也在不斷上升。抽油泵長期的在高含水階段的狀況中施工，在聚合物的影響之下，采出的液流也變?yōu)榱藘缏?，模型，這樣其粘度就會(huì)不斷的增加，導(dǎo)致桿管的受力狀況受到影響，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的惡化問題，造成井下偏磨的問題。同時(shí)，在水驅(qū)階段中并沒有將原油重質(zhì)成分驅(qū)替出來，增加了結(jié)蠟的概率。

1.3 稠油開發(fā)

我國現(xiàn)階段應(yīng)用的桿泵生產(chǎn)的稠油工況可以分為三種類型，其具體如下：

第一，蒸汽吞吐井此種類型的蒸汽吞吐井的原有粘度相對較大，膠結(jié)物質(zhì)相對較多，存在著井下溫度過高以及出砂較為嚴(yán)重的特征。主要就是因?yàn)樵谝粋€(gè)蒸汽吞吐周期中的產(chǎn)量、含水以及井下的溫度具有周期性的波動(dòng)問題，很容易出現(xiàn)疲勞破損、腐蝕以及井液進(jìn)泵較為困難的問題。

第二，蒸汽驅(qū)井具有單井產(chǎn)液量較高，油層溫度較高的特征，其存在較強(qiáng)的腐蝕性，出砂率也相對較高。而如果在此種環(huán)境中應(yīng)用普通的抽油泵，在一些重要的零部件上會(huì)在高溫、潮濕的環(huán)境中出現(xiàn)腐蝕以及高溫變形的問題。而因?yàn)檎羝M(jìn)入井筒之后，隨著壓力的降低，會(huì)出現(xiàn)一定的閃蒸問題；在吸入泵腔體中進(jìn)入液體之后，就會(huì)降低壓力，導(dǎo)致其再次出現(xiàn)閃蒸的問題。這樣就會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣，導(dǎo)致抽油泵在工作過程中出現(xiàn)了氣鎖問題，無法正常生產(chǎn)作業(yè)。

第三，深井稠油 在油藏較深且原油粘度較高的時(shí)候，井筒就會(huì)存在舉升較為困難的問題，而在多數(shù)的狀況之下抽油泵會(huì)在化學(xué)將粘、摻水以及摻稀油生產(chǎn)的工況中生產(chǎn)作業(yè)。

第四，低產(chǎn)深井進(jìn)入到開發(fā)后期的時(shí)候，隨著地層壓力的降低，油井的產(chǎn)量也會(huì)降低，其含水量就會(huì)持續(xù)上升，進(jìn)而導(dǎo)致下泵深度逐漸加深，在初期的時(shí)候其主要就是出現(xiàn)泵受交應(yīng)變力幅度增大、出現(xiàn)較為嚴(yán)重的偏磨問題、其漏失量較大，存在泵效小以及檢泵周期也相對較短。

而在出現(xiàn)供液不足的時(shí)候，氣體對抽油泵產(chǎn)生的影響也會(huì)顯著提升，而在上沖的時(shí)候，在固定閥與游動(dòng)閥之間有圈閉的氣體，在膨脹之后無法應(yīng)用降低的壓縮腔體壓力小于泵的吸入壓力，且固定閥無法打開，泵則就會(huì)出現(xiàn)上沖程氣鎖；在泵中壓力排出壓力地域油管中的液柱壓力的時(shí)候，游動(dòng)閥則無法打開，而泵在下沖程的時(shí)候出現(xiàn)氣鎖。在嚴(yán)重的時(shí)候，在上下沖程的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)氣鎖的問題。

1.4 斜井以及水平井生產(chǎn)

在近些年的發(fā)展中，我國水平井采油技術(shù)不斷成熟，而水平井?dāng)?shù)也在不斷的增加，而水平井舉升方面還是主要應(yīng)用有桿泵抽油的方式進(jìn)行處理。而對于水平井，在下泵的深度要高于造斜點(diǎn)之后，然后在隨著下泵的深度而逐漸增加，隨著傾斜角的不斷增加，這樣在抽油桿以及油管之間的摩擦阻力會(huì)不斷的提升，而隨著偏磨問題的出現(xiàn)，會(huì)增加此種問題的出現(xiàn)概率。

同時(shí)，在傾斜的狀態(tài)之下，因?yàn)殚y罩內(nèi)壁以及球座孔周沿產(chǎn)生的臺階，在特定的傾斜角的時(shí)候?qū)τ谇蜷y會(huì)起到一定的滯留性作用。在泵閥的關(guān)閉滯后，會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的漏失量，這樣就會(huì)降低泵效。

1.5 高氣液比井以及排水采氣井

高氣液比井在我國油田中具有一定的比例；而排水采氣井的數(shù)量不大，但是這種類型的油氣井對于抽油泵的放氣要求較為嚴(yán)格，可以滿足深抽、防腐蝕等特征。

2 抽油泵失效原因分析

對有桿泵井失效原因進(jìn)行分析，通過現(xiàn)場調(diào)查以及綜合性分析，在實(shí)踐中可以確定導(dǎo)致抽油泵出現(xiàn)失效的主要因素可以分為以下幾點(diǎn)：

2.1 砂粒在管柱中出現(xiàn)沉降

因?yàn)橛途錾暗暮枯^大，在含水量較高的時(shí)候，因?yàn)榈貙佑椭械纳傲?huì)混合在地層的水中，而因?yàn)椴煌橘|(zhì)的攜砂能力與介質(zhì)為正比關(guān)系，原油的薪度數(shù)值要高于地層水的薪度數(shù)值，這樣就會(huì)導(dǎo)致在相同流速之下地層水的攜砂能力不足，導(dǎo)致部分砂粒在重力作用而出現(xiàn)下沉的時(shí)候，導(dǎo)致卡泵以及砂埋等問題。在泵沒有完全被卡死的時(shí)候，在柱塞以及泵筒之間存在的相對運(yùn)動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致柱塞的表面業(yè)績在泵筒的內(nèi)表面中出現(xiàn)劃傷的問題，這些劃傷在數(shù)量達(dá)到一定的程度的時(shí)候就會(huì)降低泵效。

2.2 磨損與腐蝕的雙重作用

如果砂粒進(jìn)入到泵筒以及柱塞之間，而就會(huì)導(dǎo)致柱塞與泵筒表面之間出現(xiàn)大量的磨損問題，而土工表面層磨損之后，基體暴露出來，因?yàn)榫航橘|(zhì)的強(qiáng)電解性以及弱酸性影響，導(dǎo)致芯部位置受到腐蝕性的影響，也會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損問題。同時(shí)，在高壓差之下，一些含砂液體就會(huì)對柱塞以及泵筒產(chǎn)生一定的水力切割問題，這樣則就會(huì)加劇磨損問題。

2.3 柱塞以及泵筒結(jié)垢問題

沒有對注入水進(jìn)行處理就循環(huán)應(yīng)用，在加上現(xiàn)階段一些油田純注水無法滿足實(shí)際的需求，也逐漸的應(yīng)用了注聚合物等，導(dǎo)致井下產(chǎn)出液的成本逐漸復(fù)雜，隨著礦化度的升高，導(dǎo)致柱塞與泵筒結(jié)垢問題越來越嚴(yán)重，在結(jié)垢較為致密且附著力會(huì)變強(qiáng)的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)各種危害問題。

2.4 抽油泵的結(jié)構(gòu)

普通類型的抽油泵在結(jié)垢上沒有設(shè)置擋砂掛垢的措施，在柱塞的端部位置會(huì)存在一個(gè)錐面，抽油泵在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)直接的沉降在柱塞以及泵筒的間隙之中，因?yàn)槌橛捅玫闹械姆郎安蹆H僅具有擋砂以及刮砂的作用，如果出現(xiàn)存砂則就會(huì)導(dǎo)致塞泵筒出現(xiàn)磨損等問題。

2.5 表面處理以及材料

在調(diào)查中發(fā)發(fā)現(xiàn)，如果柱塞以及泵筒的表面處理工藝存在問題會(huì)影響應(yīng)用壽命，同樣柱塞以及泵筒材料也是影響應(yīng)用期限的關(guān)鍵因素。柱塞以及泵筒屬于一對摩擦副，通過研究表面，表面材料與砂粒摩擦系數(shù)會(huì)直接決定砂粒是否會(huì)出現(xiàn)堵塞間隙的問題。對此，如果柱塞以及泵筒的處理以及材料選擇不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量問題。

2.6 凡爾座凡爾罩凡爾球的磨損腐蝕

在抽油桿的運(yùn)行過程中主要就是利用游動(dòng)閥與活塞之間連接，而活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致游動(dòng)閥罩承載的一定的變載荷應(yīng)力。閥在開啟閉合的過程中，持續(xù)的撞擊則就會(huì)造成磨損、疲勞等問題。而凡爾罩作為出口，如果液流方向受到影響，就會(huì)導(dǎo)致其受到?jīng)_刷以及腐蝕性的影響，這樣就會(huì)降低整體的密封性，出現(xiàn)斷裂失效的問題。

2.7 柱塞和泵筒間隙

柱塞以及泵筒之間的配屬于一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間的間隙配合。在這種相對運(yùn)動(dòng)過程中配合面之間的微小間隙具有密封性的作用，這種微小間隙也會(huì)存在一定的液體漏失問題，其具有潤滑以及冷卻的作用。泵隙是叫我關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)，直接決定著抽油泵的效率與質(zhì)量，也會(huì)影響檢泵的周期。

2.8 井下管串偏磨以及腐蝕性問題

因?yàn)楦鞣N因素會(huì)導(dǎo)致油管以及抽油桿接出現(xiàn)磨損以及腐蝕性問題，一些物質(zhì)如果在泵上沉積，也會(huì)造成密封后的漏失問題。

2.9 泵掛深度

隨著油井泵掛的不斷加深，抽油泵承受載荷也會(huì)不斷的增大，這樣就會(huì)導(dǎo)致柱塞以及泵筒壓力與摩擦力的增大，增強(qiáng)井液對柱塞以及泵筒液力的沖刷，在其他因素的作用之下，則就會(huì)加快泵的失效。

2.10 井身結(jié)構(gòu)

泵筒長在4m～9m的范圍中，如果掛泵段井身不是垂直的，則就會(huì)導(dǎo)致泵筒出現(xiàn)變形的問題，柱塞與泵筒局部接觸的問題，這樣就會(huì)造成泵筒之間的局部磨損以及腐蝕性問題。

而井下溫度和壓力也會(huì)在一定程度上加劇泵筒與柱塞之間的腐蝕，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致泵筒變形等問題。

3 抽油泵失效控制措施

3.1 改進(jìn)抽油泵的工藝設(shè)計(jì)

要解決游動(dòng)閥罩容易出現(xiàn)斷裂的問題，在實(shí)踐中要改進(jìn)深井抽油泵出油閥閥罩的結(jié)構(gòu)、尺寸，根據(jù)實(shí)際狀況合理的改進(jìn)閥罩的具體尺寸，適當(dāng)?shù)募娱L閥罩的長度以及壁厚，保障閥罩的承載面積在增大的同時(shí)不會(huì)減少出油通道。而通過改進(jìn)，其效果顯著。

要應(yīng)用空心拉桿鏈接柱塞，應(yīng)用好柱塞出液通道上移到油管中，因?yàn)橛蝿?dòng)閥罩并不會(huì)受到泵筒中內(nèi)徑的限制與影響，在實(shí)踐中可以根據(jù)要改進(jìn)的上游動(dòng)閥罩的尺寸以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大出液的面積，增強(qiáng)其整體的承載面積。

在實(shí)踐中，為了增強(qiáng)閥以及閥罩的耐腐蝕性以及螺紋的強(qiáng)度，要應(yīng)用不銹鋼3cr13號的不銹鋼。為了避免固定閥球出現(xiàn)花紋問題，在操作中出現(xiàn)漏失等問題，可以將固定閥的上罩加工形成圓弧形，其表面較為光滑，可以提升抽油泵閥壓緊接頭斷面的光潔度，在實(shí)踐中為了減少砂以及鹽進(jìn)入過程中的配合間隙，可以在泵上增加擋砂環(huán)。

3.2 重視抽油泵的質(zhì)量管理與控制

第一，重視螺紋的抽檢處理。在應(yīng)用過程中，要在螺紋規(guī)檢查螺紋的基礎(chǔ)之上，適當(dāng)?shù)脑黾友佬徒恰⒙菁y光潔度等相關(guān)檢查內(nèi)容，提升螺紋質(zhì)量。第二，要重視粘接劑以及粘接工藝的管理。應(yīng)用620的粘結(jié)劑，提升粘接的能力，在粘接之前要徹底的清洗、烘干螺紋，保障涂膠的均勻性，提升預(yù)緊力；第三，要及時(shí)完善修訂抽油泵試壓壓力的標(biāo)準(zhǔn)，合理的規(guī)范試壓程序與內(nèi)容。

3.3 完善采油工藝配套設(shè)備

要就是清洗井筒較臟的油井，對于出砂以及存在井下落物的油井，要通過接繞絲篩管的方式進(jìn)行處理，避免在泵內(nèi)進(jìn)入臟污物質(zhì)；通過防沙泵或者雙固定閥抽油泵進(jìn)行處理。

4 結(jié)語

分析抽油泵的失效原因分析，了解我國國內(nèi)油田抽油泵應(yīng)用工況，綜合實(shí)際狀況探究有效的解決對策與手段，可以提升抽油泵質(zhì)量，進(jìn)而保障生產(chǎn)安全，提升整體經(jīng)濟(jì)效益。