鉆采機(jī)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(jī)械廠2勝利油田有限公司現(xiàn)河采油廠）和先進(jìn)的長(zhǎng)柱塞、動(dòng)筒式、等徑泵、串聯(lián)長(zhǎng)柱塞等幾種防砂抽油泵及其作用機(jī)理，分析了抽油泵砂卡的原因，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)防砂泵的選用和新型防砂泵的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。
中國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)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(xì)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(rèn)的抽油泵的磨損、砂卡機(jī)理是：由于柱塞端部一般有一個(gè)小的錐度或減徑部位，在柱塞上部與泵筒之間形成一個(gè)楔形，砂粒存在于其間（見）。
當(dāng)柱塞上行時(shí)，由于摩擦力的作用，楔間砂粒有進(jìn)入柱塞、泵筒間隙的要求。若砂粒直徑小于配合間隙，則細(xì)小砂粒可實(shí)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(qiáng)度而嵌入金屬基體內(nèi)，要么克服摩擦力隨柱塞一同運(yùn)動(dòng)。
近幾年，勝利油田各制造及研究部門設(shè)計(jì)、制造了多種形式的防砂抽油泵，主要有：長(zhǎng)柱塞防砂抽油泵、長(zhǎng)柱塞防砂防埋抽油泵、動(dòng)筒式防砂管式抽油泵、動(dòng)筒式防砂桿式抽油泵、等徑泵、串聯(lián)長(zhǎng)柱塞防砂抽油泵等。
長(zhǎng)柱塞防砂抽油泵和長(zhǎng)柱塞防砂防埋抽油泵該類抽油泵的特點(diǎn)是：短泵筒、長(zhǎng)柱塞。
對(duì)于長(zhǎng)柱塞泵，由于柱塞一直伸展于短的泵筒外，所以會(huì)存在較小（或微小）的如上所言的楔形。這樣，長(zhǎng)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(zhǎng)柱塞防砂防埋抽油泵是在長(zhǎng)柱塞防砂泵的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的，該泵增加了如所示的防砂總成。當(dāng)停抽時(shí)，管柱內(nèi)的油靜止下來，這樣砂子會(huì)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(jìn)油方式。沉砂尾管的長(zhǎng)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(chǎng)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(dòng)筒式防砂卡管式抽油泵和動(dòng)筒式防砂卡桿式抽油泵動(dòng)筒式防砂卡管式抽油泵和動(dòng)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(diǎn)是：柱塞固定，而泵筒做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
動(dòng)筒式抽油泵游動(dòng)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(shí)，大大減少了砂子在柱塞和泵筒配合間隙的沉積。在停抽時(shí)，由于泵筒上部出油閥關(guān)閉，砂子也不會(huì)沉積在泵內(nèi)，其沉砂機(jī)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(dòng)筒式防砂卡管式抽油泵在作業(yè)時(shí)要注意以下兩點(diǎn)：①下放泵筒接近固定柱塞上部時(shí)，要減慢下放速度；②要合理調(diào)整防沖距，防止上抽時(shí)，泵筒與柱塞脫離。
對(duì)于動(dòng)筒式防砂卡桿式抽油泵在作業(yè)時(shí)要注意其沉砂尾管要加長(zhǎng)，因?yàn)闂U式泵和油管管柱在檢泵時(shí)往往是不動(dòng)的；乍業(yè)時(shí)，要有專門的吊卡。
動(dòng)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(diǎn)，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(diǎn)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(qiáng)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(dòng)筒式防砂卡抽油泵已在勝利油田推廣40余臺(tái)，主要分布在勝采、東辛等采油廠。
對(duì)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(gè)楔形，不給砂粒提供進(jìn)入泵筒、柱塞空隙的“機(jī)會(huì)”，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(chǎng)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(diǎn)。
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(gè)采油廠已經(jīng)使用該類型泵達(dá)4⑴余臺(tái)。下面是兩口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況（見表1、表2、、）表1井號(hào)泵型參數(shù)泵深含砂動(dòng)液面含水改進(jìn)后改進(jìn)前33181井泵效對(duì)比曲線表2井號(hào)泵型參數(shù)泵深含砂動(dòng)液面（m）含水普通泵等徑泵22N409井泵效對(duì)比曲線串聯(lián)長(zhǎng)柱塞防砂抽油泵串聯(lián)長(zhǎng)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(shí)，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(jìn)入柱塞上方；上行程時(shí)，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(jìn)入腔A.該串聯(lián)防砂泵是在長(zhǎng)柱塞防砂泵的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的，原泵為側(cè)向進(jìn)油方式，而該泵為尾管進(jìn)油，易于連接氣錨、砂錨等井下工具。但是，該泵的成品尺寸長(zhǎng)，作業(yè)復(fù)雜，沉砂部分要進(jìn)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(jìn)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(jī)一次成功。至今正常生產(chǎn)，產(chǎn)量穩(wěn)定。
營(yíng)45―X3井，在下入串聯(lián)防砂泵前，由于井下大修試驗(yàn)隊(duì)進(jìn)行了兩次防砂作業(yè)，在一個(gè)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(jìn)行試驗(yàn)，取得成功，日產(chǎn)液48 t，已累計(jì)增油1350 t.至今仍正常生產(chǎn)。
從現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)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(huì)不斷出現(xiàn)。 |