高強度出油閥罩的研制與使用

趙天錄

（新疆油田公司 百口泉采油廠，新疆 克拉瑪依 834011）

0 引言

抽油泵是機械采油系統的主要設備，在我國約95%以上油井都使用機械采油。常規抽油泵的出油閥罩承載能力較低，容易發生斷裂。新疆油田百口泉采油廠有稀油井700 多口，每年發生出油閥罩斷裂故障上百井次，嚴重影響抽油泵的采油效果，增加井下作業的井次和采油成本。改進出油閥結構，增加強度和耐磨性，減少斷裂，是延長抽油泵使用壽命的有效途徑之一。

1 抽油泵出油閥罩斷裂原因分析

1.1 出油閥工作狀況分析

常規抽油泵有上、下兩個出油閥分別接在柱塞的兩端，上出油閥（開式閥）的主要作用為頻繁啟閉的單流閥和裝在活塞上端連接抽油桿與活塞的特殊接頭。抽油泵上出油閥是開式閥，內受閥球直徑限制，外受泵筒內徑限制。閥罩壁厚較薄且開有出油口，工作中泵閥不停地開啟與閉合，閥球與閥罩碰撞磨損，在閥球的反復沖擊下，出油口的3 條筋板壁厚減薄、抗拉強度降低，再加上井內的腐蝕和砂卡等影響，發生斷裂。下出油閥是閉式閥，和上出油閥相比，徑向沒有開口，強度較高，因此抽油泵的下出油閥很少發生斷裂。

1.2 出油閥罩斷裂原因判斷

通過對2008～2009 年度發生多起的閥罩斷裂口檢查對比分析，總結斷裂原因大致有以下4 種類型：

1）磨損斷裂。斷口在閥球室3條筋中部，由于閥罩材料比閥球軟，在閥球的反復沖擊下，3 條筋處的圓柱形內孔變成橄欖球形，斷口處內徑明顯擴大，3 條筋的壁厚減薄，抗拉強度降低（如圖1），磨損斷裂最短的記錄是8 個月，主要發生在泵徑φ44 mm 以下的小泵，約占斷裂總數的70%～75%。

2）腐蝕斷裂。斷口可在出油閥罩的任意部位，閥罩被腐蝕成蜂窩狀或多齒形貌，強度降低斷裂（如圖2）。部分油井腐蝕嚴重，每隔4～6 月就斷裂一次，一年修井2～3次。腐蝕斷裂約占斷裂總數的15%～20%，油井腐蝕現象近年有增多的趨勢。

3）疲勞斷裂。斷口大多在出油閥罩3 條筋上部兩側底部尖角處，屬多疲勞源的疲勞破壞，斷口處壁厚沒有明顯變化，可清楚地看到疲勞裂紋的發展區和粗糙的斷裂區（如圖3）。主要發生在泵徑φ44 mm 及以下的小泵，斷裂時該井大多存在卡泵（砂卡、水垢卡、蠟卡或其他雜物卡）現象，約占斷裂總數的5%。

4）使用不當。日常管理不當、長時間碰泵、上罩變形、強度減低拉斷（如圖4），所占比例極小。

圖1 磨損斷裂

圖2 腐蝕斷裂

圖3 疲勞斷裂

圖4 使用不當

以上4 種類型并非單獨影響泵閥壽命，大部分泵閥罩斷裂是以上幾種原因共同作用的結果。

2 高強度閥罩的研制

2.1 閥罩改進的兩個階段

2009 年第一次改進，用閉式閥取代開式閥，另外設計一個“出油接頭”連接抽油桿，一臺泵由原來的“一開一閉”兩個出油閥改進為“兩個閉式閥和一個出油接頭”構成，即“雙閉式出油閥結構”。在2010～2011 年的使用中，出油閥罩三叉處斷裂故障大大減少，有較好的效果。但隨著生產時間的延續，上閉式閥罩磨損斷裂故障逐漸增多，閥罩的強度和耐磨性能有限。

2011 年第二次改進，重點考慮增加閉式閥罩的耐磨損能力，采用閉式閥強度好的特點和開式閥出油接頭的作用，把開式閥和閉式閥合二為一，在徑向尺寸有限的空間里，把閉式閥球室內壁沿軸向均勻加工4 條棱筋，強化耐磨性；同時把閥罩出油口筋板加厚，并選用高強度不銹鋼材質加工制造，成功研制出防腐蝕耐磨損的高強度出油閥罩，在2012 年申報并獲得國家新型實用專利（專利號ZL 2012 2 0498844.X）。

2.2 高強度閥罩結構設計及主要特點

高強度閥罩與標準出油閥罩相比，有以下幾處改進：1）把閥球室從開式閥罩（圖5B-B 位置）轉移至閉式閥罩（圖5C-C 位置）內，閥球室徑向沒有出油孔，因而強度增加，即使與閥球碰撞磨損，其壽命也比開式閥罩要長；2）閉式閥球室內壁設計成梅花狀結構，4 條棱型筋板增加了閥罩內壁的耐磨損性能，延長了抽油泵使用壽命；3）閥罩出油口處不裝閥球，筋板加厚，增加強度；4）用高強度不銹鋼材質加工，增強了抗腐蝕性能。

圖5 高強度出油閥罩示意圖

3 使用效果分析

第一次改進的“雙閉式出油閥結構”，于2009 年9 月陸續投入使用，2010～2011 年的檢泵井基本都在使用。高強度閥罩研制后從2011 年10 月陸續推廣使用，在2012～2013年的檢泵井中，雙閉式出油閥結構和高強度閥罩同時使用。

圖6 標準閥罩與高強度閥罩實物對比

表1 閥罩斷裂數量統計表（井次）

1）2009 年閥罩改進前，百口泉采油廠稀油開井數約700 口，閥罩斷裂每年100 井次以上，修井保質期內（6 個月）斷裂近10 口，6～12 個月斷裂30～40 口。

2）2010 和2011 年第一次改進后，閥罩斷裂井下降到50 井次/年以下，修井保質期內（6 個月）斷裂不到5口，6～12 個月斷裂井10 口以內。

3）高強度閥罩已累計使用500 井次（其中新泵420臺，修復泵80 臺），最長使用時間已達2 年，未發生一起斷裂現象。部分油井已經二次檢泵，有的閥罩內棱筋已經磨平，有的棱筋尚未磨平，還可以繼續修復使用。2012 和2013 年，閥罩斷裂井減少到20 井次以下，修井保質期內（6 個月）斷裂井為零，6～12 個月斷裂井1～2 口。

2013 年與改進前2009 年相比，全年減少閥罩斷裂100 井次以上，節約修井費用約280 多萬元（稀油井平均檢泵費約2.8 萬元×100 井次）；與第一次改進后的2011 年相比，年減少斷裂約30 井次，節約修井費用約80 多萬元。

4 結論

高強度出油閥罩與常規閥罩相比，加工費用增加不大，節約生產成本效果顯著。不僅提高了抽油泵出油閥罩的抗拉強度和防腐蝕、耐磨損能力，在新疆油田百口泉采油廠已經使用了2 年500 多井次，未發生一起斷裂現象，較好地解決了常規抽油泵出油閥罩易斷問題，延長了抽油泵使用壽命，節約修井費用，有較好的實用性。高強度出油閥罩已在新疆油田公司各采油廠推廣使用。

［1］沈迪成，艾萬誠，盛曾順，等.抽油泵［M］.北京：石油工業出版社1994.

［2］中國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T18607-2008 抽油泵及其組件規范［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［3］中國石油天然氣股份有限公司.高強度耐磨損抽油泵閥罩：中國，2012 2 0498844.X［P］.2013-03-27.

［4］趙天錄，張浩.抽油泵出油閥易斷原因分析與改進措施［J］.新疆石油科技，2012（4）：45，50.