孫大鵬

在傳統(tǒng)的抽油設(shè)備中，由于抽油泵泵筒和柱塞組成一對滑動摩擦副，在抽油過程中，原油中富含的砂粒（泥漿）在柱塞與泵筒間分布不均，經(jīng)常會導(dǎo)致摩擦副產(chǎn)生嚴(yán)重的局部磨損。此外由于油井含水率升高，抽汲參數(shù)不合理、桿柱組合不當(dāng)?shù)纫矔鹬?。引起柱塞偏磨最主要原因是泵筒與柱塞之間的接觸位置在圓周方向基本保持不變，受產(chǎn)出液性質(zhì)、溫度、生產(chǎn)參數(shù)、井身結(jié)構(gòu)及地層條件等影響，偏磨的程度也因此而有所區(qū)別。遼河油田經(jīng)過40年的開發(fā)建設(shè)，大部分區(qū)塊已進入高含水期，油井出砂現(xiàn)象已經(jīng)成為影響正常生產(chǎn)的一個重要隱患，對于柱塞式抽油泵泵筒和柱塞的磨損、腐蝕、劃傷等現(xiàn)象越來越突出，油井平均檢泵周期越來越短，頻次不斷增加，這樣會對油田開發(fā)綜合經(jīng)濟效益產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。

為了預(yù)防柱塞偏磨，油井砂卡，延長抽油泵壽命和檢泵周期，提高泵效，我們著手對旋轉(zhuǎn)式防砂抽油泵進行研究。

防砂抽油泵的主要構(gòu)成：旋轉(zhuǎn)防砂抽油泵采用長柱塞、短泵筒、側(cè)向進油、環(huán)空沉砂結(jié)構(gòu)、長柱塞上連接一旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)。

設(shè)備的工作原理：在上下沖程過程中，柱塞上部閥罩始終在泵筒外面，能夠防止砂粒進入柱塞和泵筒之間的密封間隙，從而減少砂卡事故，減輕了泵筒與柱塞的磨損。當(dāng)油井停抽時，柱塞上部閥副關(guān)閉，下沉的砂粒沿沉砂環(huán)空沉入尾管，避免了常規(guī)抽油泵在泵上聚積砂粒，造成卡泵、砂埋抽油桿的現(xiàn)象。

在長柱塞上加一旋轉(zhuǎn)裝置，旋轉(zhuǎn)裝置借助抽油桿柱上、下沖程的上提拉力和下放壓力強迫固定在軸套上驅(qū)動銷在旋轉(zhuǎn)道內(nèi)順時針旋轉(zhuǎn)，從而帶動柱塞旋轉(zhuǎn)。柱塞在運動中既做往復(fù)直線運動，同時還做旋轉(zhuǎn)運動，從而使泵筒和柱塞均勻磨損，延長泵的使用壽命。

技術(shù)特點

柱塞旋轉(zhuǎn)，防止局部磨損以免發(fā)生柱塞腐蝕、結(jié)垢砂卡、熱膠合等問題出現(xiàn)，適用于出砂井、斜井和熱采井。

柱塞均勻磨損，細(xì)小砂粒或泥漿難以存在于柱塞和泵筒之間。整體長柱塞、短泵筒結(jié)構(gòu)，還具有沉砂功能，避免砂埋抽油桿，防砂卡效果好。

沉砂結(jié)構(gòu)可消除脹泵現(xiàn)象，適用于深抽井。

閥球采用無磁硬質(zhì)合金，因其硬度、抗彎強度、沖擊韌性、耐腐蝕性比其它材料閥球高，因而適用于熱采井、出砂井。

柱塞旋轉(zhuǎn)，偏磨減小，泵的漏失量減小，泵效較高。

柱塞右旋，杜絕桿柱脫扣；柱塞和泵筒均勻磨損，泵的壽命延長，延長檢泵周期。

旋轉(zhuǎn)式防砂泵的工作原理：在容易出砂的油井中，經(jīng)常會出現(xiàn)砂埋抽油桿、砂磨泵筒和柱塞、砂卡柱塞等故障和現(xiàn)象，我們在采用常規(guī)柱塞抽油泵時，會使抽油泵過早出現(xiàn)失效。針對這些問題，我們重點對長柱塞短泵筒防砂泵進行了深入的設(shè)計和研究。在油井的生產(chǎn)過程中，由于泵筒處會有一部分外露的柱塞，經(jīng)過現(xiàn)場認(rèn)真地查看，可以發(fā)現(xiàn)泵筒與柱塞之間的間隙不易產(chǎn)生沉砂現(xiàn)象，這樣可以避免停抽后砂卡或砂埋柱塞事故發(fā)生，這樣會有效地延長油井的維護周期，這樣可以有效防止砂在泵筒之間的沉積出現(xiàn)，從而進一步提高防砂的效果。

旋轉(zhuǎn)式柱塞抽油泵在工作過程中，柱塞每一沖程中隨機轉(zhuǎn)動過程中，都會不斷地改變柱塞與泵筒的接觸面，使柱塞圓周逐漸均勻磨損的同時將砂?；蚪Y(jié)垢從柱塞與泵筒之間排出，解決了磨蝕材料聚集所引起的嚴(yán)重定位磨損及桿柱脫扣。

據(jù)現(xiàn)場綜合運用和應(yīng)用統(tǒng)計，柱塞抽油泵上閥罩失效情況較突出，其失效形式主要為斷裂。容易發(fā)生故障的部位有主要有兩處：一是上閥罩出油孔處；一是拉桿與上閥罩連接處螺紋根部。因此，我們在設(shè)計中充分考慮并研制防斷上閥罩，這樣可以有效避免抽油泵工作時上閥罩?jǐn)嗔选榱朔乐狗矤柷蚝头矤栕g的漏失，開發(fā)設(shè)計了多個游動凡爾和固定凡爾以提升效果。

防砂抽油泵材料和表面處理

隨著材料加工工藝水平的不斷改進和表面處理技術(shù)的進步，新的柱塞與泵筒的材料將會出現(xiàn)，表面處理工藝水平也隨之進步，但這時要注意柱塞和泵筒的材料的優(yōu)化匹配。隨著表面處理技術(shù)和材料加工工藝的提高，不斷會推出新的柱塞與泵筒的材料和表面處理工藝。其中，防砂抽油泵一般襯套材料為20CrMo滲碳或38CrMoA氮化，配合副的保護層比較容易在高硬度石英砂的磨蝕下被破壞，隨后發(fā)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，造成保護層脫落，嚴(yán)重的還會造成卡泵事故。從目前油田實際狀況看，使用鎳基噴焊合金涂層的柱塞已經(jīng)比較普遍，能部分解決部分問題，但這時尤其要注意泵筒的材料和柱塞的優(yōu)化匹配，對于市場上即將推出的陶瓷特殊泵，對于柱塞抽油泵防砂、防垢、抗磨、耐高溫幾方面的性能有較好的效果，也將會大大提高柱塞抽油泵防砂、防垢、抗磨、耐高溫幾方面的性能。

從遼河油田各應(yīng)用現(xiàn)場的綜合應(yīng)用情況進行綜合分析和對比，我們可以發(fā)現(xiàn)，部分材質(zhì)的硬度、耐磨性及抗蝕性較差是造成固定閥刺壞、失效的主要原因。采用超高強度抽油桿柱，并在桿柱底部配置一定重量的加重桿，可以防止泵筒的彎曲，減少柱塞與泵筒的磨損。3Cr13是閥及閥座所采用的主要材質(zhì)，也有6Cr18Mo和9Crl8Mo材質(zhì)的占一小部分。有的油區(qū)采用碳化鎢硬質(zhì)合金閥座替代原來的6Cr18M，采用這種材質(zhì)要注意的是閥球密度的變化，因為密度變大后將增加油流進泵阻力和固定閥處的壓降。對于陶瓷凡爾球和陶瓷閥座，陶瓷凡爾有時可能會開裂，使用過程中也要注意。

旋轉(zhuǎn)式防砂抽油泵的制造工藝

由于泵筒柱塞的加工、材料處理、組裝等環(huán)節(jié)存在差異性，相同規(guī)格泵的各種參數(shù)不可能完全一致，因此會引起多種意想不到的事故，加工過程中要加強質(zhì)量監(jiān)控，合理采用低沖次、長沖程的參數(shù)進行適度匹配，在有充足供液能力的油井以及在保持相同泵效的情況下，采用大泵的沉沒度應(yīng)略大于小泵，這種設(shè)計也能夠在一定程度上延長泵的使用壽命，提高整體的經(jīng)濟性和安全性。

防砂抽油泵在遼河油田的應(yīng)用前景：旋轉(zhuǎn)防砂抽油泵用于出砂井、斜井、熱采井和深抽井、低效井：具有防砂、防偏磨、防腐蝕、防結(jié)垢、防高溫?zé)崮z合、泵效高、延長檢泵周期、降低采油成本等特點。為出砂井、斜井、熱采井深抽井和低效井、帶封隔器采油井提供技術(shù)支持，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前在沈陽采油廠、茨榆坨采油廠、歡喜嶺采油廠、高采油廠、齊40塊蒸汽驅(qū)開發(fā)項目管理部等現(xiàn)場應(yīng)用500余井次，均取得了較好的效果，具有良好的開發(fā)前景。