肖梦莹

[摘 要]抽油机井生产过程中，由于抽油泵失效造成的躺井作业次数占比达40%以上，造成抽油泵失效的原因很多，有作业施工质量、采油矿管理、地层影响以及泵本身质量等问题。本文在介绍抽油泵的工作原理的基础上，就抽油泵失效原因进行了分析，阐述了抽油泵的失效治理对策。

[关键词]抽油泵；失效；原因分析；治理对策

中图分类号：TK263.8+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）33-0019-01

1 抽油泵的工作原理

1.1 抽油泵工作原理

抽油泵是一种在抽油机带动下，将井内原油抽到地面的一种特殊形式的往复泵，主要由泵筒、吸入阀、活塞、排出阀四大部分构成。

抽油泵的動力是从地下经泵中抽油杆传递到井下，然后在柱塞的作用下做上下往复运动，井中原油沿着输油管道输送到地上。在原油抽取过程中，抽油泵做的是上下冲程的往复运动。抽油泵在做上冲程时，活塞下的泵筒容积会增大，压力随着减小，吸入阀随着泵筒内上下压差的变化打开，使原油进入下泵腔；待原油进入下泵腔后，排除阀在压力差的作用下自动关闭，活塞上面的上泵腔内存放着在地下吸入的原油，通过抽油机的往复运动将原油送到地面。而当抽油泵在做下冲程时，活塞下的下泵腔容积会减小，压力增大，吸入阀会随着泵筒内上下压差变大而自动关闭，出油阀自动打开，使下泵腔内的原油在压力作用下进入上泵腔。抽油泵往复运动过程中，活塞在泵筒内一上一下，周而复始，进行地下原油的抽取。

1.2 原油采集对抽油泵的要求

（1）抽油泵的吸入阀、活塞和排除阀要有足够的强度，泵筒要有较好的密封性，保证抽油泵往复运动时压力的形成与利用。

（2）抽油泵在进行地下原油抽取时要求抽油机工作可靠、使用寿命长；另外，对进油阀和出油阀、柱塞以及泵筒要从结构、材质、加工质量和热处理工艺上进行严格要求，按照其采油时工作原理，增强张拉设备的耐磨性和抗腐蚀性，延长抽油泵的使用寿命，降低采油成本。

（3）采油过程中要集中对地下原油进行抽取，提高原油抽取率，加强抽油泵的工作效率；另外，应组织专业人员定期对抽油泵及抽油过程中的其他设施进行定期维护、修理，以便及时发现问题，避免因设施原因造成原油采集过程中的经济损失。

2 抽油泵失效原因分析

2.1 砂粒在管柱内的沉降

由于油井出砂，有的油井含砂量大于0.3‰，含砂量最高的达到10‰以上。由于原油的粘度远远大于地层水的粘度，而在相同的流速下，不同介质的携砂能力与介质的粘度呈正比，所以地层油的携砂能力要大于地层水的携砂能力。当井液进入抽油泵后，由于活塞的抽吸作用以及抽油杆与油管的相互运动，使得地层水与地层油充分混合，大的油滴变成小油滴分散在地层水中，因此地层油中的砂粒混合在地层水中，由于地层水的携砂能力差，部分砂粒会在重力作用下下沉。

在抽油杆下行时，靠近油管壁的流速为零，而与抽油杆接触的流体与抽油杆的下行速度相同。因此井液在油管中运移速度从纵向上和径向上都是变速运动，砂粒会在井液低速时沉降，部分砂粒也会沿着井壁的低速区沉降到抽油泵。特别是在油井停产时，砂粒快速沉降，严重时会造成卡泵和砂埋。

2.2 抽油泵结构因素

抽油杆通过游动凡尔与活塞连接，活塞往复运动使得游动凡尔罩承载着大小不对称的变载荷应力。现场抽油泵由于游动凡尔罩失效的因素占11%，是游动凡尔失效的一个主要因素。凡尔罩由于受到凡尔和液流通道的限制，凡尔罩的有效横截面积小于活塞的有效横截面积，在整个杆柱上产生应力集中。在凡尔开启过程中，凡尔罩受到连续间断的撞击，而凡尔球的硬度大于未经处理的凡尔罩的硬度，连续的撞击加速了疲劳破坏。

2.3 井身结构和地层能量下降加剧了磨损

由于抽油泵所处位置径向偏差增大，使得抽油泵在油井中呈倾斜状态，沿着井身轨迹呈一定的角度。这种状态使得抽油泵在抽吸过程中，偏磨现象加重。抽油泵在上行和下行过程中，分别偏磨抽油泵和柱塞的两个侧面。

2.4 磨损和腐蚀双重作用，造成抽油泵失效

由于抽油泵在井中是呈倾斜状态，在上行与下行的瞬间，在往复运动过程中，使得双倍间隙半径大小的砂粒进入泵筒与柱塞之间，从而加大了摩擦系数和磨损时间，使得柱塞与泵筒之间的压力和摩擦力都增加，造成柱塞和泵筒表面磨损。表面被破坏后，由于井液介质的强电解性和弱酸性，心部极易被腐蚀和磨损。

3 抽油泵的失效治理对策探讨

3.1 加强抽油泵原油采集过程中的工作质量

泵筒原油漏失的主要原因在于施工质量，因此一定要加大对原油采集人员责任意识的培养，严格按照原油采集规范操作，特别是对泵筒的维护和修理；同时，加大原油采集专业化人才的培养，在日常生活中定期对原油采集人员进行原油采集工作和团队合作培训，打造一个专业化的团队，提高每一位员工的专业化素质，降低因工作失误造成的泵筒漏失问题。

同时，在每一个原油采集队设立专职人员进行原油采集工作的跟踪指导，并对采油作业全程监控；合理优化泵筒内压力参数、磨差力参数，减小对泵腔的损害程度，预防因泵筒损坏造成泵筒原油漏失。

3.2 增加抽油泵泵筒强度的强度

利用先进的科学技术，加强抽油泵泵筒的内部构造，打造内部结构坚固、适应高压力、高冲程的泵筒。如：利用电镀工艺，在泵筒内表面进行镀铬处理，利用铬不浸水、不浸油、不易被腐蚀的特性，提高内表层的平整度、光亮度；同时，对镀铬的内表层进行激光处理，利用激光束高功率密度，使铬迅速升温到相变点，产生淬火作用，加强镀铬的内表面的硬化程度，降低内表面和柱塞之间的摩擦，有效的保护了泵筒内腔。

3.3 确定合理的采液强度

通过对油井采液强度和含砂量的历史数据进行拟合，可以得出该井含砂量与采液强度的变化规律，从而确定合理的采液强度。当油井含砂量只有在超过一定的临界值后，含砂量会大幅度上升。通过控制油井的产液量，使得含砂量控制在0.25‰以下，可有效的控制油井的含砂量。在生产过程中，由于各油井的生产层位，生产时间以及胶结类型和强度的不同，因此差异较大，而且会随着不同的生产时期，临界采液强度也会发生变化。

3.4 恢复地层能量，严格控制油井沉没度

随着油井泵挂的加深，抽油泵承受的载荷增大，从而使得柱塞与泵筒之间的压力和摩擦力增大，井液对柱塞和泵筒液力冲刷也会增大。

在搞清油井供液能力的前提下，降低油井泵挂，可节约投入，改善抽油泵工况的另一项有效途径，是严格控制油井沉没度。通过对油井合理沉没度的研究分析表明，含水大于90%，沉没度250米，含水小于90%，沉没度400米即可满足油井生产要求。

3.5 推广应用新型抽油泵，提高抽油泵可靠性

为提高抽油泵抗砂能力，推广应用了改进泵、防砂卡泵和等径泵，主要应用于由于磨损而造成免修期短的油井。改进泵在结构上，将游动凡尔移到活塞的下端，可避免凡尔球撞击凡尔罩。在活塞的两端加高硬度弹性刮砂装置，直径大于泵筒内径，在弹力和液柱压力的作用下，弹性斜片紧贴在泵筒内壁上，活塞往复运动时将砂子被斜片刮下由井液带走，提高抽油泵的可靠性。

4 几点结论

（1）油井含砂量和矿化度越高，抽油泵的高泵效期越短，而且泵效下降越快；

（2）有杆泵在生产过程中，必然会有部分砂粒沉降到抽油泵上，使抽油泵磨损。通过一系列防砂工艺，可以降低油井的含砂量，延长抽油泵的高泵效期；

（3）油井井况的复杂变化，是造成抽油泵失效的重要因素，泵挂越深，抽油泵的工况越差。通过恢复地层能量，严格控制油井沉没度，可有效改善油井工况；

（4）高含砂、强腐蚀是造成抽油泵短命的重要因素，通过应用新型抽油泵，可提高油井的泵效，延长油井免修期，降低油井的维护费用。

参考文献

[1] 辜志宏，张凤民.出砂油井用抽油泵初始间隙的选择.石油机械。2001.29（3）.endprint