延长抽油泵使用寿命方法研究

赵天录（中国石油新疆油田分公司百口泉采油厂）

随着油田不断开发，由于注水、酸化、含水量增高和有关化学作用的不断发生，井内油液中腐蚀性物质大量增加，加上油井含砂、结蜡、高温蒸气稠油热采等因素，井下设备和机具的工作状况越来越差，抽油泵的故障越来越多，油井平均检泵周期越来越短。抽油泵使用寿命缩短，是广大采油单位都共同面临的一个具体而现实的问题。

1 抽油泵的工作条件

1.1 恶劣的工作环境

抽油泵在地下油层工作，油层中一般都含有黏土、石英砂等矿物颗粒，再加上油田开发中，注水、酸化等工艺措施的应用，油井含水量增高，有关化学作用的不断发生，原油中腐蚀性物质大量增加，抽油泵时刻都在经受各种矿物颗粒的磨损和化学物质的腐蚀[1]。

1.2 复杂的地质条件

油井的油层都处在不同的地质岩层中，原油中大多都含有石英、高岭石、石灰石等固体颗粒，外观表现就是油井出粗砂、细粉砂和粘土等，有些高含水油井还结水垢，出砂和结垢往往造成抽油泵砂卡、垢卡、阀堵的机械故障。

1.3 承受交变载荷

抽油泵下井几百到几千米，承受着较大的静载荷，工作时杆柱往复运动的惯性力使泵筒和相关连接件在轴向承受交变载荷，进出油阀频繁开启和关闭，使阀球、阀座、阀罩受到冲击载荷，这些载荷可导致抽油泵零件断裂、脱扣的机械破坏。

2 抽油泵故障类型分析

通过多年来检泵原因调查和各零件工况分析，常见的抽油泵故障类型主要有：

1）磨损和腐蚀。抽油泵的易损件如泵筒、柱塞、阀球、阀座、进出油阀罩等零件都会因为磨损和腐蚀而失效。

2）上出油阀罩的断裂。由于在结构上受内外尺寸的限制，上出油阀罩承载能力相对较低，上出油阀罩的断裂的概率较大，尤其是泵径小的抽油泵，表现更为突出。其他零件如泵筒、阀球、阀座也有断裂，但发生的概率很少。

3）砂卡或垢卡。井内油液中的固体颗粒进入泵筒和柱塞的环形间隙之间，形成卡阻，使柱塞不能上下运动；或者在泵筒内柱塞不通过的部位结垢，当冲程稍有变化，柱塞进入结垢区时，较小的内径就会卡死柱塞。

4）阀堵。当地层泥砂进入泵阀或者油管、抽油杆表面的铁锈、水垢落入泵阀，就会堵塞泵阀，使阀球不能正常启闭。

5）脱扣、液击和气锁等这几种形式往往不是孤立存在，常常是交织在一起共同作用下，抽油泵的易损零件发生失效，单个零件或运动副的失效导致整台抽油泵的工作失效。

3 延长抽油泵使用寿命的方法研究

3.1 正确选用泵型

不同类型的抽油泵，对井况的适应性不同，对于普通油井，我们一般根据泵径、排量、制造成本和维修费用来选用常规泵型，对于高含沙、高含气、稠油、斜井等开采条件复杂的油井，就要选用一些具有特殊用途的专用抽油泵。

3.2 主要零件的材质和表面强化工艺的选择

抽油泵零件的磨损和腐蚀失效，是抽油泵失效最主要的原因之一。大多数情况下，泵筒和柱塞运动副的损坏决定一台泵的寿命，减少泵筒、柱塞磨损和腐蚀的措施主要有：通过提高材质硬度和表面强化工艺增加泵筒和柱塞运动副表层硬度，以提高泵零件耐磨损能力和耐腐蚀能力。

常见的泵筒材质主要有中碳钢镀铬、化学镀镍磷、低碳钢渗碳或碳氮共渗等几种类型，柱塞主要有镀铬和镍基合金喷焊2种，这几种类型运动副的表面硬度和耐腐蚀能力各不相同。采油厂对泵筒和柱塞运动副的选配是：稀油含腐蚀油井：化学镀镍磷泵筒+喷焊柱塞；稀油其他井：渗碳（碳氮共渗）泵筒+喷焊柱塞；稠油热采井：镀硬铬泵筒+喷焊柱塞。通过多年使用对比，这几种组合形式比较适合采油厂的井况，使用效果较好，相对延长了检泵周期。

3.3 重视零件的内部结构

抽油泵某些零件的内部结构，对抽油泵寿命有直接影响。例如：不出砂井可用无防砂槽的柱塞体，密封效果好，但出砂井一定要用有防砂槽的柱塞，耐磨损能力强；腐蚀井进出油阀罩选用高强度不锈钢材料，可以延缓腐蚀速度；泵径较小的泵，上出油阀罩易发生断裂，我们研制出“双闭式出油阀防断脱”结构（专利号ZL 2011 2 0250335.0）；水平井抽油泵的进油阀往往关闭滞后，一定要选用有阀球导向结构和加重阀球的固定阀，以控制阀球起跳时的位移量并增加下行力，减少泵漏失；在防脱扣方面，稀油泵采用螺纹厌氧胶，稠油泵在螺纹连接处加装防脱螺钉。

在型号和材质确定的前提下，优选零件的内部结构，可有效延长抽油泵使用寿命。

3.4 初始间隙的确定很重要

泵间隙的选择，是抽油泵泵效的保证。一般根据泵径、井液黏度、下泵深度等确定泵隙，再根据井况其它条件作出调整。采用较大的间隙，润滑性好，摩擦阻力小，但漏失量大，泵效低；反之，采用较小的间隙，虽然初期泵效好，但润滑性差，柱塞和泵筒的早期磨损加剧，反而降低泵效，缩短使用寿命，甚至卡泵。在生产过程中，泵间隙还受油井深度、井下温度、井液黏度、含砂量、腐蚀性等因素影响，所以泵间隙值在工作中是个变量，应合理确定抽油泵的初始间隙。 对于稠油热采井，在蒸汽吞吐驱动期间，井底温度达200～300 ℃，温度增加使间隙值减小，建议对于稠油热采泵间隙较冷却时加大0.02～0.03 mm[2]；而井深的液力作用会使间隙值变大，所以井深且沉没度较浅的稀油井，初始间隙应减小0.02～0.04 mm。

3.5 正确使用和维修

抽油泵属于配合精度较高的设备，使用中的每个环节都要按规定操作，搬运抽油泵时应防止碰撞、弯曲、摔落，必须用专用车架；室外储存时外露端口必须有牢固的护帽或包扎，防止异物进入泵内，同时采取防晒、防雨、防潮措施；维修泵要有专用厂房和干净的场地，使用拆装专用工具和检测量具，并严格按检修规程拆卸、检验、组装、试验，严防抽油泵在使用维修过程中，人为地造成抽油泵机械损伤。

3.6 提高注水质量

基于成本节约的需要，油田污水处理后回注，这是井内介质腐蚀的原因之一，通过提高注水水质的质量，采用配套装置，将原油脱水后回收的污水除污、净化，降低腐蚀和颗粒物的含量，达到注水水质的要求，可大大减少井下机具的腐蚀和磨损失效，延长检泵周期。

4 结论及认识

抽油泵是有杆抽油系统的关键设备，使用好的方法延长抽油泵使用寿命，可大大减少井下作业工作量，节约生产成本，同时减少作业占产时间，提高原油产量。

1）对于不同井况，选用不同类型、不同材质、不同间隙的抽油泵生产，充分发挥专用泵、特种材料、特殊内部结构的特点，提高抽油效果，延长使用寿命。

2）加强油井日常生产管理，合理调整防冲距，合理控制沉没度，定期放套管气，做好抽油井热化清和管线热洗工作，都有利于抽油泵效的提高，检泵周期延长。

3）做好抽油泵使用有关的所有操作，加强作业井施工现场质量监督，避免施工造成抽油泵损伤，产量异常时正确判断抽油泵况，采取措施恢复生产；对地面无法恢复生产必须检泵的抽油泵，及时检查诊断，看泵况是否符合修井前的判断，积累经验为以后制定预防措施提供重要依据。

[1]沈迪成,艾万诚,盛曾顺,等.抽油泵[M].北京:石油工业出版社,1994.

[2]全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会.GB/T 18607—2008 抽油泵及其组件规范[S].北京:中国标准出版社,2009.