鉆采機械防砂抽油泵在勝利油田的應(yīng)用張端光\杜風(fēng)華2，葛善華1（1勝利石油管理局總機械廠2勝利油田有限公司現(xiàn)河采油廠）和先進的長柱塞、動筒式、等徑泵、串聯(lián)長柱塞等幾種防砂抽油泵及其作用機理，分析了抽油泵砂卡的原因，對現(xiàn)場防砂泵的選用和新型防砂泵的設(shè)計有一定的指導(dǎo)意義。
中國各大油田的油層一般含有以下幾種固體顆粒（晶體礦物）石英、長石、粉狀石灰石、云母及粘土礦物質(zhì)。其中石英的硬度最高，硬度值一般為HV750~1280；長石的硬度值一般為HV470~600；其他礦物質(zhì)的硬度值一般小于HV200.而各油田普遍使用的抽油泵的泵筒、柱塞、閥球副的硬度一般在HRC58（HV664）以上。不難看出，造成抽油泵磨損的主要固體顆粒是石英，但各種晶體礦物質(zhì)均可能造成砂卡、砂埋。在油層中，石英以石英粉砂的形式存在，直徑通常在0. 25mm以下。一般將直徑為0. 1~0.25mm的石英粉砂稱為粗粉砂；直徑為0.05~0.10mm的石英粉砂稱為細粉砂；直徑為0.05mm以下的石英粉砂稱為粘土。從勘探、開發(fā)所取資料來看，不同地區(qū)、不同油層的不同直徑的石英砂的比例往往是不同的。
公認的抽油泵的磨損、砂卡機理是：由于柱塞端部一般有一個小的錐度或減徑部位，在柱塞上部與泵筒之間形成一個楔形，砂粒存在于其間（見）。
當(dāng)柱塞上行時，由于摩擦力的作用，楔間砂粒有進入柱塞、泵筒間隙的要求。若砂粒直徑小于配合間隙，則細小砂粒可實現(xiàn)其“要求”，若砂粒直徑大于配合間隙，則這些砂粒要么因所受壓力超過柱塞或泵筒的表面接觸強度而嵌入金屬基體內(nèi)，要么克服摩擦力隨柱塞一同運動。
近幾年，勝利油田各制造及研究部門設(shè)計、制造了多種形式的防砂抽油泵，主要有：長柱塞防砂抽油泵、長柱塞防砂防埋抽油泵、動筒式防砂管式抽油泵、動筒式防砂桿式抽油泵、等徑泵、串聯(lián)長柱塞防砂抽油泵等。
長柱塞防砂抽油泵和長柱塞防砂防埋抽油泵該類抽油泵的特點是：短泵筒、長柱塞。
對于長柱塞泵，由于柱塞一直伸展于短的泵筒外，所以會存在較�。ɑ蛭⑿。┑娜缟纤缘男ㄐ巍＿@樣，長柱塞泵具有較好的防砂磨、防砂卡的作用，該類泵適用于含砂量不大于0.8%的油井。長柱塞防砂防埋抽油泵是在長柱塞防砂泵的基礎(chǔ)上改進而來的，該泵增加了如所示的防砂總成。當(dāng)停抽時，管柱內(nèi)的油靜止下來，這樣砂子會不斷沿沉砂通道下沉至沉砂尾管內(nèi)，克服因停抽而可能造成的砂埋問題。由于尾管部分在該泵上用作沉砂管，所以該泵的固定閥為側(cè)向進油方式。沉砂尾管的長度一般為60~100m.目前，勝利油田已有200余口井采用上述兩種抽油泵，主要分布在東辛、勝采、河口、濱南、現(xiàn)河等采油廠。從現(xiàn)場使用情況來看，該泵作業(yè)方便，與常規(guī)泵無異，防砂效果明顯，各采油廠比較樂于使用。
動筒式防砂卡管式抽油泵和動筒式防砂卡桿式抽油泵動筒式防砂卡管式抽油泵和動筒式防砂卡桿式抽油泵的原理示意圖（見、）。
該類泵的最大特點是：柱塞固定，而泵筒做上下往復(fù)運動。
動筒式抽油泵游動閥在泵筒的上部，柱塞上部所形成的封閉井液容積小，因而工作時，大大減少了砂子在柱塞和泵筒配合間隙的沉積。在停抽時，由于泵筒上部出油閥關(guān)閉，砂子也不會沉積在泵內(nèi)，其沉砂機理與前述相同。該類泵可適用于含砂量不大于1.3%的油井。
動筒式防砂卡管式抽油泵在作業(yè)時要注意以下兩點：①下放泵筒接近固定柱塞上部時，要減慢下放速度；②要合理調(diào)整防沖距，防止上抽時，泵筒與柱塞脫離。
對于動筒式防砂卡桿式抽油泵在作業(yè)時要注意其沉砂尾管要加長，因為桿式泵和油管管柱在檢泵時往往是不動的；乍業(yè)時，要有專門的吊卡。
動筒式管式防砂卡抽油泵等徑泵（亦名刮砂泵）bookmark1等徑泵的特點，是在柱塞的上部有一與柱塞工作直徑完全相同的等徑環(huán)。
除上述特點外，其他結(jié)構(gòu)與普通抽油泵大致相同。等徑環(huán)經(jīng)過表面強化處理，同柱塞一樣具有良好的耐磨、耐蝕性能，其最終尺寸是裝配后按同柱塞動筒式防砂卡抽油泵已在勝利油田推廣40余臺，主要分布在勝采、東辛等采油廠。
對抽油泵造成的磨損或卡阻是由于楔形空間的存在，等徑泵正是消除了這個楔形，不給砂粒提供進入泵筒、柱塞空隙的“機會”，從而起到了“刮砂”的作用。等徑泵適用于含砂量1%左右的油井。
經(jīng)現(xiàn)場使用證明，等徑泵具有刮砂效果明顯、產(chǎn)品制造附加成本低、作業(yè)方便的特點。
在該泵的基礎(chǔ)上，還可以增加如前面所述幾種泵的防砂裝置，起到防砂埋的作用。
勝利油田的勝采、河口、東辛、濱南、現(xiàn)河等幾個采油廠已經(jīng)使用該類型泵達4⑴余臺。下面是兩口井的現(xiàn)場應(yīng)用情況（見表1、表2、、）表1井號泵型參數(shù)泵深含砂動液面含水改進后改進前33181井泵效對比曲線表2井號泵型參數(shù)泵深含砂動液面（m）含水普通泵等徑泵22N409井泵效對比曲線串聯(lián)長柱塞防砂抽油泵串聯(lián)長柱塞防砂抽油泵的原理示意圖（見圖該泵的工作原理是：下行程時，腔A的體積逐漸變小，內(nèi)部壓力逐漸升高，從而使上閥球、座打開，下閥球、座關(guān)閉，腔A內(nèi)井液進入柱塞上方；上行程時，腔A的體積逐漸變大，內(nèi)部造成真空度，從而使上閥球、座關(guān)閉，下閥球、座打開，井液進入腔A.該串聯(lián)防砂泵是在長柱塞防砂泵的基礎(chǔ)上改進而來的，原泵為側(cè)向進油方式，而該泵為尾管進油，易于連接氣錨、砂錨等井下工具。但是，該泵的成品尺寸長，作業(yè)復(fù)雜，沉砂部分要進行雙管作業(yè)。
因砂卡柱塞而返工作業(yè)。提出油管和泵后，發(fā)現(xiàn)柱塞被卡死在泵筒中。進行沖砂后，下入串聯(lián)防砂泵，生產(chǎn)參數(shù)與前相同，于2000年6月12日作業(yè)開機一次成功。至今正常生產(chǎn)，產(chǎn)量穩(wěn)定。
營45―X3井，在下入串聯(lián)防砂泵前，由于井下大修試驗隊進行了兩次防砂作業(yè)，在一個月內(nèi)連續(xù)作業(yè)換泵3次。2000年6月21日下入串聯(lián)防砂泵進行試驗，取得成功，日產(chǎn)液48 t，已累計增油1350 t.至今仍正常生產(chǎn)。
從現(xiàn)場使用來看，該型式抽油泵的防砂效果較好，在勝利油田已應(yīng)用30余口井。
串聯(lián)長柱塞防砂抽油泵上述幾種防砂抽油泵，大都采用了陶瓷閥球副，有的采用了串聯(lián)雙閥結(jié)構(gòu)，這樣，大大提高了球、座的耐蝕性、耐磨性、抗沖擊性，從而提高抽油泵的壽命。
以上是近幾年來勝利油田已推廣使用的幾種典型的防砂抽油泵，隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)，新型防砂抽油泵會不斷出現(xiàn)。 |