出砂油井抽油泵砂卡的原因分析及對策探討

摘 要：目前使用的普通抽油泵在結構上具有一定的缺陷，例如無防沉砂作用，砂粒磨損閥座、閥球及柱塞，這些缺陷造成了泵漏，在很大程度上降低了采油舉升效益。因此，本文針對油井出砂的問題，對抽油泵砂卡機理及原因進行了分析，提出了應對砂卡的策略，以提高泵效，并延長油泵壽命，進而提高采油舉升效益。

關鍵詞：油井；抽油泵；砂卡；對策

油井的含水量逐年上升，而且由于開發的不斷深入，地層的壓力逐漸下降。放大壓差生產，造成地層出砂愈加嚴重，維護作業的工作量也日趨上升。由于生產周期延長，且防砂體系的破壞程度日益加劇，所以因出砂導致油井躺進的數量比較大。目前，油進出砂嚴重的現象已經成為其開發過程時的一大難題，這不僅使油井的維護成本增加了，還影響了油井的順利生產，嚴重制約著油井的經濟效益。因此，對抽油泵砂卡的原因進行分析，并提出相應對策加以解決是極為迫切的。

1.影響有桿泵抽油井免修期的原因

1.1.泵漏

泵的漏失通常有兩種形式，即密封間隙漏失與進出油閥漏失。其中，密封間隙漏失的原因主要是常規泵筒結構和泵柱塞設計不合理。

泵筒和柱塞間是間隙動密封，密封副表面毀損與間隙加大是導致泵漏的關鍵。從實際使用情況分析，泵筒和柱塞的腐蝕與磨損是間隙加大的最直接原因。用于出砂和高含水油井上的抽油泵，其危害最大的是劃傷磨損及砂粒碾磨磨損。

劃傷磨損與碾磨磨損是因為常規泵的結構缺陷：常規的柱塞在其上方形成擁有兩個臺階的階梯軸結構，在其直徑的方向上比柱塞密封段分別大約細0.5毫米和1毫米。若柱塞上行，在柱塞上下的壓差作用下，泵筒和兩個臺階的環形間隙中特別容易沉積砂粒，而且流體不易將其沖刷掉，會有越擠越緊，造成柱塞自鎖的趨勢。這時，砂粒對柱塞和泵筒的正壓力特別大，足夠把鍍鉻或者其他強化層破壞掉，這樣便形成所謂的劃傷磨損及碾磨磨損。

現在普遍使用的表面強化方法，例如鍍鎳磷、鍍鉻等，其鍍層自身的材料在含水很高的油井中的抗化學防腐性能還是非常好的。不過因為泵筒或柱塞會有劃傷、磨損的情況，其在被劃傷機體裸露處，容易發生電化學腐蝕與化學腐蝕，這會加劇不耐化學腐蝕基體的損壞，最后導致腐蝕磨損，抽油泵在腐蝕與出砂雙重作用下的使用壽命就更短。

1.2.砂卡

砂卡不僅是砂影響比較嚴重的結果，還是砂影響最為顯著的表現形式。砂卡主要是因為泵的結構不是很合理。普通泵柱塞的階梯軸狀的結構是導致砂卡的最根本原因。在臺階處一般是圓滑過渡，然后再經過砂粒磨損，和泵筒之間就會形成一個楔形的間隙，如果楔角小于自鎖角，楔形環空中的較多砂粒便會使柱塞自鎖導致無法上行，從而形成砂卡。

1.3.桿管偏磨

桿管偏磨雖然不是一些油井作業的最直接原因，可是由于含水量的增加，桿管偏磨的問題也越來越嚴重，部分區塊甚至表現的特別嚴重，即使在直井中，桿管偏磨的現象也會出現。例如1997年7月，勝利油田的東辛采油廠因為桿管偏磨更換5200米油管，6238米抽油泵，其費用高達54萬元，由此可見，桿管偏磨造成的損失是極大的。其主要原因有以下三種：

1.3.1.桿柱彎曲。

當桿柱下行的時候，柱塞下行遇到阻礙，使底部的桿柱受到壓力，因而出現振弦彎曲或者螺旋，這便會增大桿管間的正壓力，再加上采出的液體含水量較高，桿管之間的潤滑環境就變的很差，以及井液腐蝕更會加劇磨損。底部桿柱承受的下行阻力由三部分組成：泵筒和柱塞的半干摩擦力、井液對抽油桿生成的靜壓力以及采出的液體流過出油閥時的水力阻力所生成的向上的作用力。常規柱塞出油環空的截面積只有柱塞截面積的三分之一到五分之一，這個地方的油流速度為柱塞下行速度的三到五倍。又知道，流體摩擦阻力和其相對速度的三次方成正比，即這個地方的節流損失會增加二十七到一百二十五倍。

1.3.2.油管彎曲。

在部分油井中采用機械座封式封隔器進行分層開采，以使油管受壓，發生彎曲。這對于抽油桿而言，直井就變成了“斜井”，當桿柱上行時，就會產生偏磨。

1.3.3.桿柱設計不合理。

常規井的桿柱設計（除大泵井外）都存在比較大的問題：一是只考慮了強度，卻忽略了底部桿柱受壓的問題；二是在桿柱受力分析上，沒有考慮液體對桿柱底部的作用，致使計算出的桿柱底部受力比實際受力低很多。按照測算，若下泵的深度是1500米，底部是19毫米的抽油桿，則其底部的抽油桿所受液體靜壓力約為4000N。因此，對抽油桿進行受力分析時，一個如此大的力是必須要考慮的。可見，過去的桿柱設計不但會造成桿管偏磨，而且還容易導致桿柱斷脫。

2.使抽油泵壽命延長的對策

2.1.優化桿柱組合

以前桿柱的優化設計軟件需要遵循的原則是：使直徑不同的抽油桿所受的應力相等，也就是等壽命設計，未考慮到桿管的扶正與偏磨問題。所以應該在考慮桿管偏磨的條件下，研發新的優化設計軟件，不僅保證其承載力，還能夠降低中和點的位置，從而大大減小底部桿柱承受的壓力。而且當油井的桿管偏磨很嚴重時，盡量少使用或者不使用機械座封的封隔器，以防桿柱彎曲。

2.2.特種抽油泵

特種抽油泵是根據不同油井的情況而研發的性能特殊的抽油泵，所以具有很強的針對性。通過對不同油井的特點分析，選用相對應的特種抽油泵，便可以達到意想不到的效果。

2.2.1.抽油泵能夠防砂埋。

添加一個環形的治砂通道，在抽油泵的下方連接一段治砂尾管，然后把泵沉降的砂粒，經過泵的外環空存在治砂尾管里，這樣就可以避免砂埋抽油泵柱塞。

2.2.2.抽油泵密封副的減磨技術。

換句話說，就是使進入密封副的砂粒減少的技術。一是采用短泵筒和長柱塞的結構設計，通過長柱塞運動及壓差作用使砂粒進入密封副的機率降低。二是利用等徑柱塞，并使柱塞表面為相同標準直徑，延伸至油流通道。如此，泵筒與柱塞間的砂粒沉積空間就沒有了，在柱塞做反向運動的時候，泵壁刮掉的砂粒會被液流攜帶，并排出井筒外。

2.3.抽油桿的加重技術

合理地利用加重桿，可以改善下部的桿柱受力情況，從而使桿、管偏磨減輕，斷脫事故減少。

總結

因為常規的抽油泵不適用于出砂的油井結構，因此需要對常規的抽油泵進行優化設計，在成本不增加的前提下，使抽油泵的性能得到提高。抽油泵的可靠性與工作性能是制約有桿泵抽油井免修期的重要因素，所以廣泛應用特種抽油泵與其配套的工藝新技術是使抽油泵井生產周期延長、經濟效益提高的有效途徑。

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