抽油泵失效分析及治理措施探讨

刘金凤

【摘 要】本文针对抽油泵免修期短的问题，通过采取生产过程分析和现场描述相结合的办法，对油井出砂对抽油泵的机理，从管柱沉砂、抽油泵结构、油井井况和产出液介质四个方面进行分析，采取了系列防砂治砂、上提油井泵挂和推广应用新型抽油泵等措施，取得了较好的效果。

【关键词】出砂;抽油泵;失效;机理分析;治理措施

滨博采油管理区管辖的区块地层胶结疏松，出砂严重。目前有60%的油井出砂，含砂量大于1.0‰的油井占4.5%，油井的普遍出砂使抽油泵的工况环境进一步恶化。本文通过现场描述和生产过程分析相结合的方法，对油井出砂造成抽油泵失效的影响原因进行了分析，通过采取一些治理改进措施，来提高抽油泵的适应性。

1、抽油泵失效原因分析

从矿场描述抽油泵的失效类型，主要有柱塞和衬套配合副失效、固定凡尔失效、游动凡尔失效、砂卡泵失效四种失效类型。通过对78口失效抽油泵调查发现，柱塞和衬套配合副失效井占到58%，游动凡尔和固定凡尔失效占35.6%。下面结合现场描述，从油井出砂对抽油泵失效的影响进行剖析。

1.1砂粒在管柱内的沉降

目前区块综合含水已高达96%以上，油井的含砂量基本上大于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[1]，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。

其次，由于抽油杆与油管的相对运动，从管流的流体力学特性分析，由于粘性流体附面层的影响，在抽油杆上行时，靠近油管壁的流体必然粘附在管壁上，流速为零，靠近抽油杆的流体速度与抽油杆运动速度相同（见图1）。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（见图2）。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。特别是油井停产时，砂粒快速沉降，严重时会造成卡泵和砂埋。

1.2抽油泵结构的因素

普通抽油泵在结构上没有任何挡砂措施，而且柱塞端部有0.5o的锥面，抽油泵在往复运动过程中，使得砂粒直接沉降到柱塞与泵筒间隙中，而且抽油泵柱塞上的防砂槽只具备挡砂和刮砂性能，对防砂槽沉砂的清除没有考虑，在防砂槽存砂后，同样会造成活塞衬套磨损。

其次，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。在凡尔开启过程中，凡尔罩受到连续间断的撞击，加速了疲劳破坏。凡尔罩作为井液的出口，由于改变了液流的方向，使得冲刷腐蚀加剧[2]、，造成凡尔罩的失效。

1.3井身结构和地层能量下降加剧了磨损

通过对油井井身轨迹资料的研究，油井随着井身的加深，与井口的同心度变差，特别是在500米以下，井身轨迹呈螺旋向下。动液面一般在700米以下，有杆泵平均泵挂为1200米左右。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，使得抽油泵在抽吸过程中，偏磨现象加重。

1.4磨损和腐蚀双重作用，造成抽油泵失效

抽油泵在高含水环境下，润滑介质变差，采出水直接与抽油泵表面接触。经统计油井矿场化验资料统计，油井的矿化度在10000-30000mg/l，对孤岛东区馆3-4单元110口井统计，PH值小于7的油井占34%。通过对油井生产过程跟踪分析，在相同的生产参数下，含砂量和矿化度与抽油泵的泵效有着直接的关系。低矿化度、低含砂的油井高泵效期较长，而且泵效下降缓慢。高矿化度和高含砂的油井高泵效期较短，而且高泵效期过后，泵效下降比较快。

2、治理措施及效果

2.1防砂治砂配套技术的应用评价

为有效降低油井采出液的含砂量，通过多年来的不断研究和探索，形成了地层化学防砂、井筒机械防砂和泵下挡砂的防砂工艺系列。

（1）定剂、抑砂剂的应用。在矿场应用过程中，稳定剂和抑砂剂主要应用于出砂不很严重，但是由于含砂量较高，造成抽油泵生产周期短的油井。通过对现场应用的620井次稳定剂和240井次抑砂剂数据对比分析，取得了较好的效果。

（2）泵下挡砂器的应用。为降低采出液的含砂量，在管柱优化方面，通过在抽油泵下加装泵下挡砂器，，降低进泵液体含砂量，减轻砂对抽油泵磨损。通过对15口井进行分析，含砂量由应用前的0.94‰降低到0.52‰。可以有效的延长抽油泵的高泵效生产期，而且从二次作业的2口井现场描述发现，尾管中有20米的沉砂，说明起到了明显的滤砂作用。

（3）确定合理的采液强度。在油井的生产过程中，通过对油井采液强度和含砂量的历史数据进行拟合，可以得出含砂量与采液强度的变化规律，从而确定合理的采液强度。

2.2恢復地层能量，严格控制油井沉没度

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。目前抽油井的平均沉没度为522.2米。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。

2.3推广应用新型抽油泵，提高抽油泵可靠性

针对高含砂、强腐蚀的特点，为有效延长油井的免修期，推广应用了一系列新型抽油泵，取得了较好的效果。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。通过现场10口井对比，免修期延长98天。利用环空沉砂原理，防止砂卡泵，减轻泵的磨损。平均免修期由187天延长到246天。9口等径柱塞泵免修期延长了36天，且具有高泵效期长的特点。

3、结论与认识

（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，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）：35-37.