延長抽油泵使用壽命方法研究

趙天錄（中國石油新疆油田分公司百口泉采油廠）

隨著油田不斷開發(fā)，由于注水、酸化、含水量增高和有關(guān)化學(xué)作用的不斷發(fā)生，井內(nèi)油液中腐蝕性物質(zhì)大量增加，加上油井含砂、結(jié)蠟、高溫蒸氣稠油熱采等因素，井下設(shè)備和機(jī)具的工作狀況越來越差，抽油泵的故障越來越多，油井平均檢泵周期越來越短。抽油泵使用壽命縮短，是廣大采油單位都共同面臨的一個(gè)具體而現(xiàn)實(shí)的問題。

1 抽油泵的工作條件

1.1 惡劣的工作環(huán)境

抽油泵在地下油層工作，油層中一般都含有黏土、石英砂等礦物顆粒，再加上油田開發(fā)中，注水、酸化等工藝措施的應(yīng)用，油井含水量增高，有關(guān)化學(xué)作用的不斷發(fā)生，原油中腐蝕性物質(zhì)大量增加，抽油泵時(shí)刻都在經(jīng)受各種礦物顆粒的磨損和化學(xué)物質(zhì)的腐蝕[1]。

1.2 復(fù)雜的地質(zhì)條件

油井的油層都處在不同的地質(zhì)巖層中，原油中大多都含有石英、高嶺石、石灰石等固體顆粒，外觀表現(xiàn)就是油井出粗砂、細(xì)粉砂和粘土等，有些高含水油井還結(jié)水垢，出砂和結(jié)垢往往造成抽油泵砂卡、垢卡、閥堵的機(jī)械故障。

1.3 承受交變載荷

抽油泵下井幾百到幾千米，承受著較大的靜載荷，工作時(shí)桿柱往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力使泵筒和相關(guān)連接件在軸向承受交變載荷，進(jìn)出油閥頻繁開啟和關(guān)閉，使閥球、閥座、閥罩受到?jīng)_擊載荷，這些載荷可導(dǎo)致抽油泵零件斷裂、脫扣的機(jī)械破壞。

2 抽油泵故障類型分析

通過多年來檢泵原因調(diào)查和各零件工況分析，常見的抽油泵故障類型主要有：

1）磨損和腐蝕。抽油泵的易損件如泵筒、柱塞、閥球、閥座、進(jìn)出油閥罩等零件都會(huì)因?yàn)槟p和腐蝕而失效。

2）上出油閥罩的斷裂。由于在結(jié)構(gòu)上受內(nèi)外尺寸的限制，上出油閥罩承載能力相對較低，上出油閥罩的斷裂的概率較大，尤其是泵徑小的抽油泵，表現(xiàn)更為突出。其他零件如泵筒、閥球、閥座也有斷裂，但發(fā)生的概率很少。

3）砂卡或垢卡。井內(nèi)油液中的固體顆粒進(jìn)入泵筒和柱塞的環(huán)形間隙之間，形成卡阻，使柱塞不能上下運(yùn)動(dòng)；或者在泵筒內(nèi)柱塞不通過的部位結(jié)垢，當(dāng)沖程稍有變化，柱塞進(jìn)入結(jié)垢區(qū)時(shí)，較小的內(nèi)徑就會(huì)卡死柱塞。

4）閥堵。當(dāng)?shù)貙幽嗌斑M(jìn)入泵閥或者油管、抽油桿表面的鐵銹、水垢落入泵閥，就會(huì)堵塞泵閥，使閥球不能正常啟閉。

5）脫扣、液擊和氣鎖等這幾種形式往往不是孤立存在，常常是交織在一起共同作用下，抽油泵的易損零件發(fā)生失效，單個(gè)零件或運(yùn)動(dòng)副的失效導(dǎo)致整臺(tái)抽油泵的工作失效。

3 延長抽油泵使用壽命的方法研究

3.1 正確選用泵型

不同類型的抽油泵，對井況的適應(yīng)性不同，對于普通油井，我們一般根據(jù)泵徑、排量、制造成本和維修費(fèi)用來選用常規(guī)泵型，對于高含沙、高含氣、稠油、斜井等開采條件復(fù)雜的油井，就要選用一些具有特殊用途的專用抽油泵。

3.2 主要零件的材質(zhì)和表面強(qiáng)化工藝的選擇

抽油泵零件的磨損和腐蝕失效，是抽油泵失效最主要的原因之一。大多數(shù)情況下，泵筒和柱塞運(yùn)動(dòng)副的損壞決定一臺(tái)泵的壽命，減少泵筒、柱塞磨損和腐蝕的措施主要有：通過提高材質(zhì)硬度和表面強(qiáng)化工藝增加泵筒和柱塞運(yùn)動(dòng)副表層硬度，以提高泵零件耐磨損能力和耐腐蝕能力。

常見的泵筒材質(zhì)主要有中碳鋼鍍鉻、化學(xué)鍍鎳磷、低碳鋼滲碳或碳氮共滲等幾種類型，柱塞主要有鍍鉻和鎳基合金噴焊2種，這幾種類型運(yùn)動(dòng)副的表面硬度和耐腐蝕能力各不相同。采油廠對泵筒和柱塞運(yùn)動(dòng)副的選配是：稀油含腐蝕油井：化學(xué)鍍鎳磷泵筒+噴焊柱塞；稀油其他井：滲碳（碳氮共滲）泵筒+噴焊柱塞；稠油熱采井：鍍硬鉻泵筒+噴焊柱塞。通過多年使用對比，這幾種組合形式比較適合采油廠的井況，使用效果較好，相對延長了檢泵周期。

3.3 重視零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

抽油泵某些零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對抽油泵壽命有直接影響。例如：不出砂井可用無防砂槽的柱塞體，密封效果好，但出砂井一定要用有防砂槽的柱塞，耐磨損能力強(qiáng)；腐蝕井進(jìn)出油閥罩選用高強(qiáng)度不銹鋼材料，可以延緩腐蝕速度；泵徑較小的泵，上出油閥罩易發(fā)生斷裂，我們研制出“雙閉式出油閥防斷脫”結(jié)構(gòu)（專利號ZL 2011 2 0250335.0）；水平井抽油泵的進(jìn)油閥往往關(guān)閉滯后，一定要選用有閥球?qū)蚪Y(jié)構(gòu)和加重閥球的固定閥，以控制閥球起跳時(shí)的位移量并增加下行力，減少泵漏失；在防脫扣方面，稀油泵采用螺紋厭氧膠，稠油泵在螺紋連接處加裝防脫螺釘。

在型號和材質(zhì)確定的前提下，優(yōu)選零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可有效延長抽油泵使用壽命。

3.4 初始間隙的確定很重要

泵間隙的選擇，是抽油泵泵效的保證。一般根據(jù)泵徑、井液黏度、下泵深度等確定泵隙，再根據(jù)井況其它條件作出調(diào)整。采用較大的間隙，潤滑性好，摩擦阻力小，但漏失量大，泵效低；反之，采用較小的間隙，雖然初期泵效好，但潤滑性差，柱塞和泵筒的早期磨損加劇，反而降低泵效，縮短使用壽命，甚至卡泵。在生產(chǎn)過程中，泵間隙還受油井深度、井下溫度、井液黏度、含砂量、腐蝕性等因素影響，所以泵間隙值在工作中是個(gè)變量，應(yīng)合理確定抽油泵的初始間隙。 對于稠油熱采井，在蒸汽吞吐驅(qū)動(dòng)期間，井底溫度達(dá)200～300 ℃，溫度增加使間隙值減小，建議對于稠油熱采泵間隙較冷卻時(shí)加大0.02～0.03 mm[2]；而井深的液力作用會(huì)使間隙值變大，所以井深且沉沒度較淺的稀油井，初始間隙應(yīng)減小0.02～0.04 mm。

3.5 正確使用和維修

抽油泵屬于配合精度較高的設(shè)備，使用中的每個(gè)環(huán)節(jié)都要按規(guī)定操作，搬運(yùn)抽油泵時(shí)應(yīng)防止碰撞、彎曲、摔落，必須用專用車架；室外儲(chǔ)存時(shí)外露端口必須有牢固的護(hù)帽或包扎，防止異物進(jìn)入泵內(nèi)，同時(shí)采取防曬、防雨、防潮措施；維修泵要有專用廠房和干凈的場地，使用拆裝專用工具和檢測量具，并嚴(yán)格按檢修規(guī)程拆卸、檢驗(yàn)、組裝、試驗(yàn)，嚴(yán)防抽油泵在使用維修過程中，人為地造成抽油泵機(jī)械損傷。

3.6 提高注水質(zhì)量

基于成本節(jié)約的需要，油田污水處理后回注，這是井內(nèi)介質(zhì)腐蝕的原因之一，通過提高注水水質(zhì)的質(zhì)量，采用配套裝置，將原油脫水后回收的污水除污、凈化，降低腐蝕和顆粒物的含量，達(dá)到注水水質(zhì)的要求，可大大減少井下機(jī)具的腐蝕和磨損失效，延長檢泵周期。

4 結(jié)論及認(rèn)識

抽油泵是有桿抽油系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，使用好的方法延長抽油泵使用壽命，可大大減少井下作業(yè)工作量，節(jié)約生產(chǎn)成本，同時(shí)減少作業(yè)占產(chǎn)時(shí)間，提高原油產(chǎn)量。

1）對于不同井況，選用不同類型、不同材質(zhì)、不同間隙的抽油泵生產(chǎn)，充分發(fā)揮專用泵、特種材料、特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提高抽油效果，延長使用壽命。

2）加強(qiáng)油井日常生產(chǎn)管理，合理調(diào)整防沖距，合理控制沉沒度，定期放套管氣，做好抽油井熱化清和管線熱洗工作，都有利于抽油泵效的提高，檢泵周期延長。

3）做好抽油泵使用有關(guān)的所有操作，加強(qiáng)作業(yè)井施工現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督，避免施工造成抽油泵損傷，產(chǎn)量異常時(shí)正確判斷抽油泵況，采取措施恢復(fù)生產(chǎn)；對地面無法恢復(fù)生產(chǎn)必須檢泵的抽油泵，及時(shí)檢查診斷，看泵況是否符合修井前的判斷，積累經(jīng)驗(yàn)為以后制定預(yù)防措施提供重要依據(jù)。

[1]沈迪成,艾萬誠,盛曾順,等.抽油泵[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994.

[2]全國石油鉆采設(shè)備和工具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 18607—2008 抽油泵及其組件規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.