高含水期抽油泵柱塞防偏磨技術(shù)分析

范玉鳳

（大慶石油管理局有限公司裝備制造分公司抽油機(jī)制造分公司，黑龍江 大慶 163000）

目前，我國絕大多數(shù)的油田（包括大慶油田）都進(jìn)入了高含水期開發(fā)階段。這一階段的顯著特點(diǎn)就是在采油過程中，抽油泵泵筒、柱塞等方面都會出現(xiàn)較為明顯的腐蝕、磨損、劃傷等情況，而油田平均檢泵周期也在不斷縮短。一方面，在一定程度上影響油田的正常開采；另一方面，則是增加了采油成本，直接影響油田開發(fā)的整體經(jīng)濟(jì)效益。因此，對高含水期油田開發(fā)過程中抽油泵柱塞偏磨技術(shù)進(jìn)行分析，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 高含水期油藏概述

高含水期主要是指油田開發(fā)進(jìn)入高含水階段，由于油田開采是強(qiáng)注強(qiáng)采，油藏的非均質(zhì)性和開采過程中油層水流呈現(xiàn)出明顯的不均勻性。這種情況對油田的有效開采造成了一定的影響。在這一階段，油田開采對象往往不再是剩余原油，而是一些高度分散的剩余油，但是局部地區(qū)會較為集中。高含水期油藏開采正成為目前油田開發(fā)管理工作中一個重要的問題。

在高含水階段，油藏開采往往有幾個不平衡點(diǎn)。

（1）層間差異明顯。在大慶油田幾十年的開發(fā)過程中，開發(fā)層系的滲透率級差正常范圍為5～10，最大可以達(dá)到幾十。如果考慮砂組差異影響，滲透率級差也會加大，導(dǎo)致出現(xiàn)注水單層突進(jìn)、層間干擾嚴(yán)重現(xiàn)象，無法出油的油層數(shù)量也會有所增加。高含水期這種現(xiàn)象更加明顯。

（2）平面差異明顯。同一層位的油藏，不同方向、不同部位的非均質(zhì)性也會出現(xiàn)較為明顯的差異，其主要特點(diǎn)可以被概括為局部舌進(jìn)、井間干擾嚴(yán)重等，因此，在高含水期油田開采必須對注水井、注水參數(shù)等進(jìn)行重新設(shè)計，以保證石油開采的順利進(jìn)行。

（3）層內(nèi)差異明顯。層內(nèi)差異主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①沉積韻律性控制的非均質(zhì)性；②沉積層里形成的非均質(zhì)性；③巖石孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性。在這些特點(diǎn)的作用下，在同一層內(nèi)的不同部位，吸水強(qiáng)度、產(chǎn)液等也會出現(xiàn)明顯差異，而剩余油分散部位也較為零散，通常都是存儲在油田邊緣、角落、至高點(diǎn)或者是低滲透層。

2 抽油泵柱塞偏磨問題出現(xiàn)的成因分析

我國油田大部分開采年份已經(jīng)六七十年，開采頻率越大，油田含水越高。目前，國內(nèi)大部分油田均已經(jīng)進(jìn)入高含水階段。油藏與水流呈現(xiàn)的不均勻性也更為明顯。這種情況不僅對正常的石油開采工作造成了較大的影響，同時也會對抽油泵泵筒與柱塞這兩個部分造成嚴(yán)重影響，而柱塞偏磨問題也不斷加重。產(chǎn)生這一問題的主要原因在于，柱塞與泵筒在整個運(yùn)動的過程中，從圓周方向始終是處于一個不變的狀態(tài)，而受到地層、地質(zhì)等方面因素的影響，當(dāng)產(chǎn)出液中含水量大于74.02%時，原本的油包水便會轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，摩擦力增加，柱塞表面失去了原有的保護(hù)，增加了腐蝕情況，進(jìn)而出現(xiàn)柱塞偏磨問題。

3 抽油泵柱塞防偏磨技術(shù)分析

為了應(yīng)對高含水期的柱塞磨損問題，一種新型的柱塞防偏磨裝置開始被應(yīng)用，即柱塞自旋器，可以減少抽油泵柱塞磨損，對企業(yè)減少經(jīng)營成本、提高油田開采質(zhì)量與效率而言具有重要的作用。

3.1 柱塞自旋器工作原理

在油井采油的過程中，通常是由抽油桿來帶動柱塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。在抽油桿上沖程中，油管中的液體會隨著抽油桿向上運(yùn)動，抽油桿柱與液體之間不存在相對運(yùn)動關(guān)系，而在下沖過程中，抽油桿會向下運(yùn)動。在這一過程中，油管內(nèi)部的液體通常處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此二者之間存在相對運(yùn)動關(guān)系。在明確了抽油桿柱的運(yùn)動特點(diǎn)以后，可以通過安裝一個右旋導(dǎo)流槽裝置，使抽油桿柱在上、下沖過程中都發(fā)生變化。

柱塞自旋器是基于抽油桿這種運(yùn)動特點(diǎn)發(fā)展來的。在實(shí)際工作中，上部抽油桿通常只做上下往復(fù)運(yùn)動，而下部的螺旋轉(zhuǎn)子則是依靠連接桿，與抽油桿之間保持相對運(yùn)動。在下沖過程中，固定閥與游動閥分別處于關(guān)閉和開啟狀態(tài)，此時，泵筒內(nèi)部的液體會順著螺旋轉(zhuǎn)子與其共同進(jìn)行上升運(yùn)動，并會對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一定的作用力并分解，最終產(chǎn)生沖擊力。這一沖擊力的主要方向是沿著圓周切線的方向進(jìn)行。這一沖擊力在產(chǎn)生以后，需要克服轉(zhuǎn)動柱塞時所產(chǎn)生的摩擦力，而在這時螺旋轉(zhuǎn)子便會帶動柱塞進(jìn)行下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在上沖過程中，由于二者之間并不存在相對運(yùn)動關(guān)系，因此液體無法對螺旋轉(zhuǎn)子產(chǎn)生作用力，而在這一狀態(tài)下柱塞不會轉(zhuǎn)動。通過采取這種方式，減少柱塞在石油開采過程中某一處的磨損情況，從而有效地減小高含水期抽油泵柱塞偏磨問題所產(chǎn)生的消極影響，提高抽油泵的使用壽命，減少石油企業(yè)的經(jīng)營開采成本。

3.2 主要應(yīng)用

柱塞自旋器不僅可以有效地解決柱塞偏磨問題，還可以產(chǎn)生額外的作用，具體如下：（1）在實(shí)際應(yīng)用的過程中，柱塞自旋器中的螺旋轉(zhuǎn)子可以根據(jù)沖程的不同而隨機(jī)轉(zhuǎn)動。通過這種方式改變柱塞與泵筒之間的接觸面，減少在同一時間內(nèi)個別部位所出現(xiàn)的較大磨損，使柱塞圓周附近所受磨損更加均勻。這樣可將一些雜物，如砂礫、結(jié)垢等，從柱塞與泵筒之間排除，從而避免出現(xiàn)具有較大摩擦性的材料聚集所引起的嚴(yán)重磨損，或者是桿柱脫扣的情況。（2）當(dāng)柱塞處于下沖程狀態(tài)并完成下沖程時，包含著大量砂礫的原油會舉出地面，一部分砂礫則進(jìn)入柱塞與泵筒之間的空隙中，而這些砂礫則會對柱塞造成較大的磨損。在安裝了柱塞自旋器以后，柱塞的旋轉(zhuǎn)會使進(jìn)入空隙的砂粒在壓力的作用下被擠壓至泵筒的下方。固定閥產(chǎn)生的沖力會對原油產(chǎn)生一定的沖力，這種沖力將泵筒下部砂礫沖出，并且會隨著原油再一次被舉出地面，從而避免砂粒對抽油泵造成影響。

4 結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)入高含水期以后，我國油田在開采過程中，柱塞會在顆粒摩擦的影響下出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損情況，而磨損的程度又會受到油井自身結(jié)構(gòu)、產(chǎn)出液體性質(zhì)等多方面因素的影響。因此，在今后的油田開發(fā)過程中，如何解決柱塞偏磨問題，已經(jīng)成為需要重視的問題。為了應(yīng)對這一問題，一種新型的柱塞防偏磨裝置開始被應(yīng)用，即柱塞自旋器，不僅可以起到較好的效果，同時也可以延長柱塞的使用壽命，對于提高油田開采質(zhì)量與有效性，減少企業(yè)投入成本等方面都具有重要作用，值得被進(jìn)一步推廣與使用。