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1、中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目： 深井泵采油技术 学习中心： 胜利油田学习中心 年级专业： 2008春专升本 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 教授 导师单位： 中国石油大学（华东） 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 年 月 日摘 要深井泵采油作为现场采油不可缺少的技术,在近几年通过不断的研究和改进.已经取得了很大的成就.但在深井泵采油的过程中仍存在很多难题,这包括设备自身和地层本身两大方面.本文主要从设备自身分析存在的问题,由于深井泵使用条件的复杂性,我们从该泵不断的发展中找出存在的问题及相关的解决方案.不同类型的深井泵的特点及适用条件.
2、中心词: 深井泵 性能结构 管式泵杆式泵 降粘目 录第1章 前言 1第2章 深井泵技术发展进程及工作原理 2 2.1 深井泵技术的发展进程 2 2.2 深井泵工作原理 3 2.3 深井泵工作特点 3第3章 深井泵类型及表示方法 5 3.1 深井泵类型 53.2 深井泵基本参数 53.3 深井泵的性能及结构 5第6章 无间隙密封抽油泵 20 6.1 研制情况 20 6.2 技术要点 20第7章 胜坨 23 7.1 概述 23 7.2 有杆泵失效形式分析 23 7.3 采取的技术措施及取得的初步成果 26第8章 结论 30致谢 31参考文献 32.第1章 前言本文对深井泵的发展过程及其结构和工作原
3、理做了简要明确的介绍,深井泵的分类和各类的结构,组成,主要部件的原材料都涉及到.由于不同的深井泵有不同的结构和性能,再由于其工作环境的特殊性.所以不同的泵都有他的优点和缺点.本文通过大量的实验数据和现场的实际操作资料,总结出了常规泵和特殊用途泵的不同使用情况.并对其结构特点的性能做出评述,对容易出现的问题提出解决方案.我们还对九区采用深井泵采油所采取的降粘措施做出介绍.通过对深井泵的研究,希望可以不断改进采油设备不断提高采收率.第2章 深井泵技术发展进程及工作原理2.1深井泵技术的发展进程发明深井泵后很长一段时间技术发展不快，到了20世纪中叶开始研究整筒深井泵和衬套式深井泵同时生产，关于深井泵
4、技术上有争论的两大问题：一是整筒深井泵好，还是衬套式深井泵好；二是柱塞上是有防沙槽好，还是没有防沙槽好。直到20世纪80年代，由于整筒深井泵显著提高了泵效，一般比衬套式深井泵约提高了10%，延长了柱塞泵副的使用寿命，并可节约40%左右优质钢材，逐步取代了衬套式抽油泵，美国API有关深井泵的规定中已淘汰了衬套式深井泵，这是近年来深井泵主要技术进步之一。为了适应采油工艺的需求，多年来除了标准深井泵（管式泵和杆式泵）外，还开发出各种特殊类型的深井泵，如适用于大排液量的双作用泵；适用于高汽油比的两极压缩抽油机泵和机械起闭阀深井泵等防气泵；适用于稠油的流线型深井泵和液压反馈式泵；适用于出沙井的自润滑式防
5、沙泵，伸缩式三管防沙泵和防沙卡等防沙泵；适用于深井抽油的过桥泵；使用于斜井抽油的斜井深井泵；适用于过泵测试或加热的空心泵；为减小沉没度的有杆射流增压泵等。为了延长深井泵的使用寿命，在改进深井泵零部件方面，主要采取提高泵筒活塞副的耐久性和阀组的可靠性。泵筒采用了多种原材料和热处理工艺，除渗氮外，还发展了碳氦共渗以及镀铬工艺。柱塞除采用镀铬工艺外，还发展了喷焊镍基合金和喷涂陶瓷工艺。值得注意的是，为了提高泵筒柱塞副的耐久性，要根据油井的特点合理匹配泵筒和柱塞的材料，高阀组为了提高可靠性和抗腐蚀性，常用高碳铬不锈钢和铸钴等材料替代一般的不锈钢。 现在有一种注采两用、现场操作简单、维修方便，已经在油田
6、大面积推广使用的新型抽油泵经过油田现场运用后，使用效果显著，并得到了使用单位的好评。截止到目前该新型抽油泵已经在油田现场运用252井次，结果该泵应用现场注气、转抽施工成功率达到100%，同时现场使用的质量合格率也达100%。这项技术就是由新疆石油管理局采油工艺研究院科研人员自行研制的多功能长柱塞抽油泵技术。 多功能长柱塞抽油泵技术是新疆石油局采研院科研人员2004年投入研究的科研项目，该项目研究是这个院科研人员为了进行系统分析调研，目前应用于稠油热采的各种稠油泵，并结合了稠油油田注蒸汽开采的特点而展开进行研究攻关工作的。该院科研人员通过两年多的不断探索，最终项目的研究攻关工作获得了成功。 在随
7、后的现场实验的过程中，多功能长柱塞抽油泵技术又得到了改进，同时新疆石油局采研院科研人员根据油田现场的需要，又分别完成了直径为38、44、57三种规格的多功能长柱塞抽油泵的设计工作，设计图纸40多张，并按照国家抽油泵室内试验标准，进行了数十次的室内试验，结果经过试验抽样合格率达到了100%。 该技术在先期试验中取得成功的基础上，新疆石油局采研院的科研人员开展了大面积的油田现场推广工作，并取得了较好的成绩，同时该技术的成功运用，得到了油田单位用户的好评。截止到目前，多功能长柱塞抽油泵已经在新疆油田采油厂运用252井次，最长的使用时间有超过一年的，其中在低效油田应用直径为44的多功能长柱塞抽油泵近百
8、台，直径38的多功能长柱塞抽油泵118台；在新疆油田重油公司现场运用35台。 通过油田现场的大面积推广与使用，多功能长柱塞抽油泵实现了科研人员预期的构想，达到了预定的目标。 多功能长柱塞抽油泵改变了传统的长柱塞抽油泵的结构与形式，采用的是整体泵筒结构。新研制的多功能长柱塞抽油泵技术可满足注采两用、现场操作简单、维修方便，同时还可满足丛式井、定向井、斜井和水平井抽油的需要，还可实现转抽后可进行不压井作业，特别是针对油层能量较高的稠油自喷井，这样既节省了压井作业的费用，也避免了进行压井作业对油层的破坏。目前该技术已经申请了国家专利。 2.2深井泵工作原理深井泵的工作原理与往复泵相同。其结构主要由油
9、泵筒、柱塞、进油阀（也称固定阀）和出油阀（也称游动阀）组成。当柱塞由下死点上行时出油阀在重力作用下关闭，上方原油随着柱塞上行沿管柱排出地面，同时泵筒容积增大，压力下降，直到泵筒压力低于沉没压力时，固定阀被沉没压力顶开，此时泵筒开始进油直到上死点。当柱塞由上死点下行时，固定阀在重力作用下关闭，泵腔容积减小，压力上升，直到泵内压力超过柱塞上部液柱压力时顶开游动阀，泵腔内的原油排到柱塞以上，深井泵完成了一次循环。同理，周而复始将原油抽到地面。2.3深井泵工作特点由于深井泵工作环境和条件复杂，因此要求深井泵满足以下条件：1）深井泵是在井下套管内工作的，其泵径收受套管尺寸的限制，如51/2in/套管只能
10、使用95mm以下的深井泵，7in可以使用100mm和120mm泵径的深井泵。由于受套管尺寸限制，只能采用立式结构。增加排量时靠增加泵径，提高冲速和加长冲程来实现，但是，这三方面都有局限性：加大泵径受套管尺寸和和液柱动载限制；提高冲速，增加动载和惯性载荷，影响抽油系统寿命；加长冲程游梁式抽油机减速箱扭矩增大，抽油机尺寸和重量急剧增加，泵筒和活塞都要加长，经济上不合算制造技术难以实现。2）深井泵扬程较高，一般是下到30004000m，柱塞上、下压差很大，即要保持柱塞副的密封性，又要保证使用寿命，除了减小泵筒之间的间隙，采用耐磨材料和加工艺外，最简单的办法是加长柱塞长度。3）深井泵是一种细长拉杆的往
11、复泵，其拉杆直径小于1英寸，而长度达30004000米，这种往复运动传递到柱塞，受抽油杆变形和震动的影响，使得柱塞有效冲程长度和发组运动规律异常。4）深井泵在井下工作环境恶劣，受含气，含沙，腐蚀，结垢，黏度，高温，高压影响。第3章 深井泵类型及表示方法3.1深井泵类型深井泵分为管式泵和杆式泵两大类。符合抽油泵标准设计和制造的抽油泵称为常规抽油泵，对具有专门用途的抽油泵如稠油泵、防气泵、防沙泵、防腐泵和耐磨泵等，称为特殊用处的深井泵。深井泵有整筒泵和组合泵之分，整筒泵的泵筒是由一个整体无缝钢管加工而成，组合泵是外筒内装由许多节衬套组成的泵筒。整筒泵有许多优点，是国内外抽油泵的发展方向。目前我国两
12、种泵同时使用，但组合泵已处于被淘汰的趋势。3.2深井泵基本参数国内外常规深井泵的基本参数见表2-1。表2-1 深井泵基本参数基本形式泵的直径柱塞长度系列m加长短节长度m连接油管外径柱塞冲程长度范围m理论排量连接抽干螺纹直径，公称直径基本直径杆式泵3231.80. 60. 91. 22. 51. 82. 10.30.60.948.3,60.31.26.0146923.8133838.160.3,70.31.26.02011221.98870.01.26.02713826.9884444.55150.873.01.26.03517326.98888.91.26.04422026.9885757.2
13、6363.588.91.26.05425930.1633.3深井泵的性能及结构3.3.1管式泵它直接连接在油管底部，由泵筒总成，柱塞总成，固定阀总成，固定阀固定装置和固定阀打捞装置组成。管式抽油泵是因泵筒装置（包括泵筒，加长接头等）靠螺纹直接联接到油管上并成为油管一部分而得名。管式泵又可分为固定阀可拔式和不可拔式两种。可拔式结构可在必要时利用抽油杆直接将柱塞和固定阀提出井外不必将油管柱起出，因此可以减少维修时间，降低停泵损失。管式泵有如下优点：（1）在油管尺寸相同的情况下，适用的管式泵泵径大于杆式泵泵径，因此适用于大排量井。（2）结构坚固，流道面积大，可以提取粘稠的原油。（3）推荐用于含石膏的
14、井中。 由于抽油杆柱的强度及弹性拉伸的限制，这种泵通常用于排量较大的深井中，它不适用于含气井和特深井。3.3.2强启闭稠油泵 这种泵的特点是依靠机械力的作用迫使雏形阀开启和关闭，解决了在抽汲稠油时，阀球不能及时开启，与阀座不能形成可靠密封和球在阀罩中阻止稠油流动的一系列问题。 该泵不是依靠压差开启锥形阀，所以能较好的解决热采转轴的蒸汽锁和一般飞锁问题，极大的提高了抽油泵的容积效率。另外，锥形阀的倒装，连接器与柱塞头的刮砂作用，也使这种泵在含砂较多的稠油井能正常使用。3.3.3防砂泵 防砂抽油泵采用长柱塞、短泵筒及双通接头进油结构。进油通道与沉砂通道分开，由于工作时柱塞两头均在泵筒外，加之漏失液
15、的作用，阻止砂粒进入柱塞与泵筒之间的密封间隙，减轻了泵筒与柱塞的磨损，使表面强化层不易被破坏。在油井停抽时，下沉的砂料经沉砂球沉入泵下尾管，不会像常规泵那样在泵上聚积，避免了砂埋抽油杆，能大大的延长抽油泵的栓泵周期。在下到砂埋油层的情况下，可实现携砂生产，其使用寿命比常规泵长3-5倍，是目前国内较先进的适用于出砂油井的抽油泵，其特点是：防砂卡、防砂埋、防砂磨、防腐蚀、寿命长，减轻杆管偏磨，使用维修方便。3.3.4液力反馈抽稠油泵规格型号公称泵径(mm)柱塞长度(mm)加长短节长度(mm)接油管尺寸(m)泵常数(m2)联接抽油杆尺寸(m)冲程范围(m)25-175HM44.451220609.9
16、1427/8EU2.2353/41.86.030-275HM69.851220609.91431/2EU5.5187/825-225HM57.151220609.91427/8EU3.6943/4目前，国内外大多数抽油井采用的是管式泵。由于管式泵固定阀是单向的，油井在抽油的过程中，从地层出来的原油通过固定阀进入泵内并排出地面。在抽油的过程中发现，井内的液体通过固定阀，一方面液体内含有杂质，支撑住固定阀不能恢复原位，将其始终处于打开的状态；另一方面液体通过固定阀进入泵内，由于磨损或液体的冲蚀作用，会造成固定阀失灵。如果固定阀抽油泵的固定阀不工作，那么就需要进行油井非周期性的检泵作业。格鲁吉亚国十
17、二区块油田的车间联合开展试验研究，把抽油泵单固定阀改为双固定阀，即为可捞式双固定阀抽油泵。此泵在格鲁吉亚国十二区块油田的应用中取得了良好的效果。技术分析 （1）结构 双固定阀泵的结构就是在普通泵的基础上增加了可捞式固定阀和固定阀打捞器。可捞式固定阀和打捞器从上至下依次为打捞爪(通过螺纹与泵的活塞连接)、打捞头(通过螺纹与可捞式固定阀连接)、卡簧、转换接头、二级密封圈、可捞式固定阀阀罩、阀球、球座和压帽。 圆柱形的打捞爪上开有2个方向相反的钩形槽，打捞头上焊有一个圆柱形横杆，钩形槽的槽宽略大于横杆的直径，横杆进入或脱开钩形槽可实现打捞爪与打捞头的连接或分离。（2）工作原理可捞式固定阀由人工挂在打
18、捞爪上，由泵的活塞输送到支撑短节的上部位置，然后加载419918，2个二级密封胶圈，由于压缩的作用轻轻地通过钢圈(带60b上倒角，30b下倒角)，密封胶圈和支撑短节密封在一起，这时阀体上端的卡簧同时进入支撑短节内，卡簧收缩并紧紧地坐在支撑短节内，在工作时阀体不能上行，同时泵体钢圈支撑住阀体上的卡簧，使阀体不能下行，从而两者实现了一级密封。当固定阀坐封后，上提杆柱到原悬重，正旋转12圈，使打捞头从打捞爪的悬挂位置转到槽的垂直位置，上提打捞头使打捞爪从打捞头脱开后，对好防冲距，启动抽油机，可捞式固定阀开始工作。 检泵前，应根据油井示功图判断出抽油泵失灵的部位，如果固定阀失灵，应加深杆柱后，反转杆柱
19、12圈，这时打捞器的打捞爪捞住打捞头，打捞出固定阀(在反转打捞的过程中，操作人员应仔细观察杆柱位移的变化情况，若在旋转过程中，杆柱向下移动，应立即停止转动，证明打捞成功。通过仔细的观察，既保证打捞的成功，又防止造成反扭矩作用)，维修或更换新的附件，但是如果油井的工作已到检泵周期，则必须全部起出后进行检泵。（3）特点 1)可捞式固定阀工作可靠，其阀体紧紧地坐在支撑短节内，同时泵体的钢圈支撑着阀体的卡簧，在工作的过程中阀体不能上下运动，这样既不会损坏阀体，又可以保证油井的正常生产。 2)该阀由抽油泵的活塞输送到坐封位置，阀坐封、脱手后，调好数据，开泵工作。在现场安装时不需要拆卸抽油泵，因此，该阀使
20、用方便，无重复工序。3)在抽油的过程中，由于液体内含有脏物或阀的磨损和冲蚀作用，造成阀不能正常工作，降低了泵效，以至于进行检泵作业。但安装可捞式双固定阀后，就避免了因一个固定阀失灵后，造成的泵不能正常工作的缺陷，大大地降低了作业成本。 4)使用可捞式双固定阀后，维修简单，一般只需更换橡胶密封圈和阀球就可再用，更换部件少，修复率高。现场应用可捞式双固定阀泵从2002年7月应用到目前已在格鲁吉亚国油田十二区块施工85井次。在作业过程中，其中有1井次由于在下泵前油管未过规定长度，使泵遇阻，造成泵体损坏，其成功率为99%且该固定阀坐封和打捞可靠、方便。在这些井的施工过程中，均一次性成功。以前所用的泵采
21、用的是单固定阀，在抽油过程中，只要固定阀存在问题就需要检泵。改进后的泵增加了一个可捞式固定阀，且在作业过程中，该固定阀在不起油管的情况下可以更换。这样，一方面使检泵周期延长，另一方面节省了作业费用。经统计，到目前为止，所施工的85井次中，平均每口井的检泵周期延长18倍，共节省作业等各种费用约17518万元。3.3.5杆式泵 杆式泵是由柱塞和泵筒组成，随抽油杆下到油管内，按固定位置和运动件有无可分为定筒式顶部固定杆式泵和定筒式底部固定杆式泵。3.3.6定筒式顶部固定杆式泵这种泵是由泵顶部固定支撑装置将泵筒固定在油管内设计位置上，柱塞经滑杆与抽油杆连接，由抽油机和抽油杆带动上下运动。泵筒总成包括泵
22、筒，上、下加长接箍，其结构与性能与管式泵相同，只是泵筒壁厚稍薄一点。柱塞总成由柱塞上部出油阀罩，阀球阀座及阀座接头组成。阀座接头的下端为管螺纹，供连接防沙管或气沙锚用。泵固定装置由导向套，密封支撑环，芯轴，套性套及接头组成。导向套上部小孔对阀杆上下运动起导向作用，防止柱塞与泵筒偏磨，其侧面长孔相当于开式泵罩的出油口。它与芯轴用螺纹连接，密封支撑环压在中间，起支撑杆式泵和不让密封环上面的原油流回泵筒内的作用。芯轴是固定装置的主体，下端螺纹与弹性套连接，并让弹性套与接头并紧防止松动。弹性套由弹簧钢制造，在下泵过程中，当它经过泵支撑装置上密封支撑环内孔时，其弹性开口向内收缩，让泵通过，随后弹性开口又
23、张开恢复到原来尺寸，并用其上外圆锥面向上紧靠在密封支撑环的下圆锥面上，在正常抽油时阻止泵被上提。而起泵时，能够用一定的上提力使弹性开口在支撑环下内圆锥面上，向内收缩，使泵顺利起出。泵支撑装置由上接头，支撑密封环及下接头组成。上接头与油管连接，随油管下到设计井深。它与下接头连接，中间仅固密封环，起到上-下窜动的作用。下接头下端为油管螺纹，可连接尾管和其它下井工具。顶部固定方式是杆式泵最常用的方式，它不仅使用可靠，而且还具有下列优点：在柱塞运动时可将锁紧装置周围的沙子冲掉，防止沙卡；泵筒可绕顶部锁紧装置摆动，在大斜度井下泵时，泵筒和油管都不会损坏。其缺点有：泵筒受内压和液柱向下拉伸的复合载荷，受力
24、状况比较恶劣；上冲程开始时泵筒内压高于外部压力，泵筒内孔增大，漏失量有所增加。3.3.7定筒式底部固定杆式泵这种泵由泵的底部锁紧装置将泵固定在油管内，其结构与定筒式顶部固定杆式泵的结构基本相同。具体区别是泵的固定装置在底部。由芯轴，密封支撑环和接头组成。密封支撑环安装在弹性芯轴上，并由接头压紧。泵的固定装置的工作原理与可打捞式管式泵固定紧锁装置相同，这种泵应用也较广泛。其优点为泵筒不会因液柱作用而伸长，只受外压，间隙不会增大，适合在深井使用。其缺点为在固定支撑套和底部锁紧装置的环形空间机易沉积沙粒，造成起泵困难，不宜在出沙井内使用；工作时泵筒摆动大，加剧阀杆和导向套的磨损，不宜使用长冲程。3.
25、3.8动筒式底部固定杆式泵其泵筒与抽油杆柱相连，并做上下运动.柱塞通过拉管及底部锁紧装置固定在油管内支撑套上这种泵的泵筒、柱塞、泵固定装置和泵支撑装置与定筒式底部固定杆式泵通用。泵筒出油阀总成，柱塞出油阀总成和拉管总成不同。泵筒出油阀总按柱塞上端，流道较大，由泵筒出油罩，阀球，阀座和接头组成。上拉管接箍的上，下螺纹分别于拉管和固定装置的接头相连。这种泵工作时泵筒上下运动，不停搅动井液，沙粒不易沉积在锁紧装置上造成沙卡。在间歇抽油井停抽时，顶部阀球封闭阀座，油管中的沙粒不会沉积在泵内产生卡泵。但这种泵拉管稳定性差，不宜使用长冲程和稠油井中。3.3.9密封柱塞泵密封柱塞泵的柱塞有金属柱塞和软密封柱
26、塞之分，前面介绍的都是金属柱塞泵。软密封柱塞泵除柱塞结构与金属柱塞不同外，其余结构与金属结构相同，由于软柱塞密封件具有在压力作用下能扩大直径和材质较软的特点，所以与之相配和的泵筒内孔公差由金属密封泵筒的+0.050mm增加+0.160mm，同时泵筒内孔可以不经表面处理。目前软密封柱塞的结构可以分为碗式柱塞，环式柱塞，碗式和环式组合柱塞及泵筒组合提填料柱塞。3.3.10碗式柱塞泵碗式柱塞由高强度耐油橡胶或尼龙等材料制成碗形环，用不锈钢或换铜制成的端环，两端是青铜制成的磨损环，芯轴，锁紧螺帽和两个变径接头组成。靠柱塞上，下差使皮碗在上冲程的胀大，形成良好的密封。这种柱塞可以在不出沙，温度底于82度
27、，下泵深度不超过1500米的油井中使用。表2-3给出了下泵深度与皮碗的关系表2-3 下泵深度与皮碗的关系下泵深度mm600100015001500以上皮碗个数36486072或更多密封环与泵筒配合间隙mm1.1141417密封环硬度中硬硬硬1 碗式和环式组合柱塞碗式和环式柱塞由碗形环，密封环，隔离环组成。其使用参数和范围与碗式柱塞，环式柱塞相似，这种柱塞更适合出沙井中。2.填料式和柱塞填料式柱塞由一种高强度耐又橡胶制成的柔性密封圈和皮碗等零件组成。皮碗是活动的，油管中的液柱压力作用在密封皮碗上压缩密封圈胀大，使其仅靠泵筒内壁形成了密封其使用范围与其它软柱塞密封基本相同。3.3.11组合抽油泵3
28、.3.12特种深井泵抽稠油的深井泵稠油井自偿式降粘技术是针对提高超稠油的开发效益这一难题而提出的。该技术是在抽油井井口安装一个加药罐，一个加药泵，在抽油井生产到中后期时(特殊情况前期也可采用)，由抽油机动力带动加药泵向油套环形空间连续性加入一定浓度的降粘剂，以降低超稠油井井底的原油粘度，从而达到降低原油在井底、井筒及地面管线的流压，提高抽油井单井产油量的目的，以提高超稠油井的开采效益与以往采用的降粘技术相比它具有工艺流程简单，投资少，机动灵活性强，油井见效快，经济效益明显等特点。1998年现场共应用10口井，取得了较好的经济效益和社会效益。第6章 无间隙密封抽油泵现在我国各油田使用的抽油泵柱塞
29、和泵筒间多以间隙密封为主。为解决泵的防砂问题，多在柱塞上加工环形切槽，为方便检修泵时冲砂，安装可拆出的固定阀，或在固定阀上加存砂槽。为了解决耐磨问题，泵筒用合金钢加特种热处理，再珩磨加工，或用45号钢碳氮共渗，再珩磨加工；柱塞用合金钢电镀硬铬，或喷焊耐磨合金，再磨削加工。即使采取上述措施，泵的防砂和耐磨效果并不理想。究其原因是间隙密封造成微细砂粒随柱塞运动进入泵筒和柱塞间的间隙产生研磨作用，而随着使用周期的延长，磨损加重，泄漏加剧，直至报废。6.1研制情况 新研制的防砂式无间隙密封抽油泵成功地解决了抽油泵存在的上述问题，即用无间隙密封代替间隙密封;柱塞长度改短，只有间隙密封柱塞长度的一半；柱塞
30、本体上安装改进的斯特槽可胀密封。中硬度耐磨胀圈和高硬度耐磨胀圈。这3种密封的组件均由耐磨、摩擦系数小、弹性好的材料经特种加工处理制成，可保证抽油泵从下井工作到检泵始终处于无间隙状态。以油砂混合液为工作介质(辽河油田原油，80目筛下的砂粒占5%)做井上模拟测试。在20MPa下，抽吸阻力只有157+20N，充满系数1，由此预计可提高泵效20%50%。模拟试验中观察，3种密封的结构设计和组件的特种唇边设计，阻止了微细砂进入柱塞泵筒摩擦副内。 因短柱塞本体上安装的3种密封有可胀性，故泵筒和柱塞本体的加工精度大大降低。测试时，柱塞运行速度1m/s，连续抽吸运转30d，泵筒无擦痕，磨损微量，表面均匀光亮。
31、按此情况估算，井下作业情况恶劣时，泵的寿命可达到2153a，而泵筒磨损均匀，不会象间隙密封那样产生偏磨或腰鼓状泵筒内表面。柱塞本体除安装了3种密封外，还有2个游动阀和1个特种造旋阀罩，本体上加工有防砂槽，会将侵入的细砂存入防砂槽内。模拟试验中，槽内有微量砂粒，柱塞本体上部的造旋阀罩和泵筒下部的造旋阀罩可借助柱塞的强大抽吸力为抽入泵内的原油造旋，将混入原油中的砂粒迅速抽排到泵外。由于柱塞短，在防冲距相同情况下，泵筒缩短700800mm，检修泵时只需更换柱塞上的3种密封件，柱塞本体可多次使用。6.2技术要点6.2.1油泵的无间隙密封和高泵效 柱塞上安装的3种可胀密封的合理结构、安置在柱塞上的位置、
32、组成密封的零件材质选择、加工精度和加工工艺等是确保抽油泵在长期运行中始终保持无间隙、耐磨损、低摩擦系数和高效长寿命工作的关键。图1所示是各种密封和游动阀在柱塞上的位置。件2、3为中硬度密封胀圈；件4、5、6为改进的斯特槽密封；件7、8为高硬度硬质密封胀圈;件2有2件，用中硬度耐磨铸铁制成;件3用弹簧钢制成。安装时2个外环开口互错开180b，内环开口与外环开口错开90b，并用销钉将3个环固定，外环在自身胀力和内环胀力共同作用下，紧贴泵筒内表面运行，胀圈不但轴向密封好，而且径向密封也好，故阻止微细砂进入轴向摩擦副，也可阻止微细砂进入内环3的内部空隙中，不会阻碍胀圈运行中呼吸。件4、5、6为内部填充
33、耐磨金属或非金属有机物制成，耐磨性好，摩擦系数小，结构本身可保证密封有一定的外胀性。为防止细砂等物质侵入密封内部，在件5和6的两侧加装了挡圈4，有效地阻止细砂等侵入密封体内部而影响张力。件7、8结构同件2、3中硬度耐磨胀圈，只是外环7采用特种合金钢热处理制成，其表面硬度小于泵筒内表面硬度，弹性好，耐磨性好，摩擦系数小，实现密封是其主要功能。这3种密封结构可保证对泵筒内壁有均匀的内胀力和可靠的径向轴间密封性能，保证抽吸真空度和高的充满系数，从而保证了高泵效。6.2.2主动防砂功能和长寿命 柱塞本体上安装的3种可胀密封和密封外环的特种唇边设计，阻止了细砂不能进入摩擦副内起研磨作用，大大减弱了柱塞和
34、泵筒磨损，即不会减弱抽吸能力。从实际模拟运行看，以多道防砂为主的可胀密封起到了很好的防砂作用，运行1个月后柱塞本体上的环槽内仅有少量微粒砂，说明柱塞本体上开的防砂槽和本体自身均起到了防砂作用。3种密封的结构设计和在柱塞本体上的位置保证了抽油泵有很强的抽吸力和排油能力，进油出油流速高在固定阀罩和游动阀上部阀罩上开有造旋槽，使进排油流呈强旋流状，细砂来不及沉积就被排出泵外。将阻止细砂进入运动副和将细砂迅速抽排到泵外可看做是主动防砂，防砂效果比现有的抽油泵上单纯防砂槽和存砂槽要好得多。从主动防砂效果和抽油运转中泵筒和柱塞间的低摩擦系数、高耐磨性和低抽吸阻力看，该泵在井下恶劣工况下具有长寿命。6.2.
35、3合理的下井工艺在开发研制新结构抽油泵的同时，试行了2种下井工艺。 (1)泵筒和柱塞分别下井，即泵筒随油管柱一起下井，柱塞随抽油杆柱下井。由于这种抽油泵柱塞下井有难度，建议采取2种办法:其一是将柱塞包容在一个专用护套内，护套有卡爪，当柱塞和护套下到泵筒的口部时，护套会自动卡在泵筒口部预设卡套内而固定，柱塞则可顺利地下到泵筒内。其二是用一种特殊的胶结剂将各道在全闭合(封好的胀圈外径小于柱塞本体外径)状态下封好，柱塞再随抽油杆柱下井，柱塞入泵筒后和普通泵一样调防冲距，因改进的斯特槽密封只是临时压型态，下井后会很快实现密封和阻砂功能。而其余各道密封在柱塞下入泵筒中27d内也全部打开。这种胶结剂在井内
36、石油气和原油侵蚀下，失去部分胶结强度后，各道弹性密封胀圈受胀力作用被打开。 (2)用双卡脱接器和释放套连接抽油泵柱塞和泵筒。下井前，将脱接器下部和柱塞连接，下入锥形口的泵筒内，再接释放套和泵筒，释放套接油管柱一起下入井内，坐好井口后，再把脱接器上部和抽油杆柱连接下入油管，实现泵整体下井。检修泵时，可上提抽油杆柱到泵筒上部释放套部位，释放套迫使脱接器双卡收拢，使脱接器上体与下体脱节，实现提杆柱和提泵作业。第7章 胜陀7.1概述 经过近四十年的开发已进入特高含水开发后期，其井液具有三个特点：高含水，高含沙，高矿化度。有杆泵在三高介质中工作，抽油泵成了抽水泵（水介质中含沙，含腐蚀性物质）。由于三高的
37、影响，有杆泵工况变差，寿命大大降低。2005年以来，胜采厂对有杆泵做了一些改进工作，活塞有45号钢镀铬改为喷焊，泵筒由20CrMo渗碳改为38CrMoAI氮化或45号镀铬。改进后，抽油泵抗磨蚀能力有所提高，寿命得到延长。但是，近年来含水，含沙逐年上升，井况逐年恶化，有杆泵失效依然是影响油井免修期的主要因素（表1），同时，还存在着高泵效期短，12%以上油井长期在低泵效区工作（表2）。胜采厂现有油井1432口，其中有杆泵1116口，电泵285口。胜采厂日产液量13.49*10t，日产油8217t，占全厂日产油的61.55%，延长有杆泵的使用寿命对提高胜采厂经济效益意义重大。表1 2007年19月有
38、杆泵井维护作业分类统计表分类统计泵失效杆+管其它合计井次3464214371204总井数1116200d低效井64低效井数1367.2有杆泵失效形式分析有杆泵在井下工坐举升含沙，含腐蚀性的液体，因此，泵工作一段时间容易实效。本研究分析的目的是根据实效原因对目前有杆泵的结构，材质进行改进，以延长有杆泵的使用寿命。截至2007年9月底，有杆泵共计作业1202次，其中因泵失效作业346次（表2）。从表三可以看出，有杆泵失效的主要形式是活塞磨蚀，泵筒磨蚀，凡尔刺坏，凡尔罩断。分类统计泵筒磨损活塞磨损凡尔刺坏凡尔罩断合计901892586090200232128127420030032232719101
39、30034292523111合计107829562346表2 2007年19月份抽油泵失效分析7.2.1游动凡尔罩断裂分析游动凡尔罩是连接有杆泵和抽油杆的桥梁，他有两大功能：1、连接活塞传递动力：2、保证井液从冲活塞泵出。为了完成第二功能，必须在游动凡尔罩处开口，所以，游动凡尔罩有效截面积。由于开槽容易产生应力集中导致疲劳破坏。1）受力分析上行时：F上=F1+F3+F4+F5下行时：F下 =-F3式中：F1活塞上的液柱载荷F2液柱的惯性载荷；F3活塞和泵筒之间的磨擦力；F4井液和油管之间的摩擦力；F5井口回压。抽油泵在工作中游动凡罩承受F上，F下交变载荷，由于F上=F下，所以，游动凡尔承受的是
40、一个不对称的交变载荷。在这个不对称交变载荷作用下，游动凡尔罩容易产生疲劳破坏（由于开槽容易产生应力集中）。2）工作状态在游动凡罩内有凡尔球，每一次开启凡尔球都撞击一次凡尔罩内壁。凡尔罩内壁没有经过特素处理硬度较低，加速了疲劳破坏。3）井液具有一定的腐蚀性，据对胜采厂油水样化验，水中含有二氧化碳，钙，镁，氯离子，溶解氧等腐蚀性物质。由于凡尔罩孔槽是井液的泵出口，在孔槽处流速较快，冲刷腐蚀相当严重。凡尔罩在工作过程中承受化学腐蚀和冲刷腐蚀。腐蚀，撞击和交变应力相互叠加，相互促进，加速了游动凡尔罩的失效。7.2.2凡尔失效分析在生产中，泵阀运动受到许多因素的影响，几何尺寸，原油物性等。至今不能用简单
41、的数学模型描述它的运动规律，只能在理论上结合实践进行分析。1）凡尔承受液体喷射切割作用2）阀座在起闭过程中，泵阀和阀口表面受到周期连续不断的含沙粒和气流液体的喷射。在阀起闭的瞬间，流体在高压（79Mpa）作用下喷射速度高达120m/s以上。沙粒在这中喷射力的推动下必将不断切除阀扣处微体积材料。在阀口处沿流体方向将产生小的沟槽，短时间内喷射含沙流体就会把沟槽不断扩大造成阀口破坏表3 油井水质取样统计井号项目24222321222斜81221532118924280溶解氧066008004008004002总铁051068210亚铁04105822游离二氧化碳817.043696246417618
42、镁离子70411.610424896439氯离子487.8881328139.2碳酸氢根离子882786885510068.65590.199678093027104940930278366911398114975.94376表4 各种API柱塞适应性材料种类洛氏硬度腐蚀介质轻微CO2+磨损轻微盐水+磨损O2碳钢镀铬70BCC镀镍68AAA喷焊62AAA不锈钢镀铬70ABA7.2.3泵筒和活塞实效分析1）水利切割泵筒和活塞是间隙配合，合适的间隙漏失是保证泵筒和活塞润滑的必要条件。一般，活塞两端压差是714Mpa。在这个压力作用下，高速含沙井液产生喷射作用，对泵筒和活塞产生“水利切割”。动液面越
43、深，含沙越多，“水利切割”越严重，泵筒和活塞越容失效。2）磨损活塞和泵筒有相对运动必存在磨损。井液介质中含有沙粒加速了泵筒和活塞的磨损。根据1997年275口油井含沙分析表明，口口出沙，1998年含沙有继续上升的趋势。沙粒主要成分是SO2，其硬度是HV9001050，高于泵筒和活塞的表面硬度（表5）。活塞与泵筒是间隙配合的（SYT505991）。小于配合间隙的沙粒便进入其中，起到了加速磨损的作用（图1）表5 活塞、泵筒表面处理硬度对照表面处理形式洛氏硬度维氏硬度镀铬689400625760喷焊5856703）腐蚀胜陀产出水矿化度一般在1000030000mg/L，沙三段高达100000mg/L
44、，加之油井综合含水高达94%，因此，产出液是强电解质，部分油井取水化验结果（表3）。统计417口井按矿化度增加，泵效降低增加。4） 蚀加腐蚀腐蚀加快了磨损，磨损有促进了腐蚀的加剧，两者相互叠加，相互促进。泵筒和活塞在磨损和腐蚀的双重作用下加速了失效。7.3采取的技术措施及取得的初步成果总的指导思想是，抗沙+防沙+防腐，抗防并举。改变井液介质，减少地层出沙必须采取防沙，降低井液的腐蚀性能须加缓蚀剂，现从有杆泵的结构，材质，表面强化处上增加泵的抗沙，防沙，抗腐蚀能力。1.游动凡尔的改进（1）把凡尔罩移到活塞的下端可以避免凡尔球撞击凡尔罩内壁。（2）选用合金钢防腐强化出理，提高凡尔罩防腐和承载能力。2.凡尔的改进（1）采用双固定，双游动结构。（2）阀体为一体。（3）上凡尔
