斜井抽油泵的研制

趙慶

摘要：目前現(xiàn)場采用的抽油泵球閥組件都是一只球配一個球座，其材料有不銹鋼、陶瓷、硬質(zhì)合金等。但這種球閥組件在現(xiàn)場應(yīng)用了幾十年，其效果在某些井上并不好，有些腐蝕嚴(yán)重，造成漏失。從目前采油隊(duì)測得的功圖分析，雙凡爾漏失井?dāng)?shù)占有相當(dāng)大的比例。為了解決泵的雙漏問題，必須對閥件進(jìn)行一次徹底改進(jìn)。我們在查閱了《世界石油》等國內(nèi)外相關(guān)科技文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種進(jìn)出油凡爾帶導(dǎo)向裝置和機(jī)械啟閉裝置的斜井抽油泵。

關(guān)鍵詞：斜井；抽油泵；結(jié)構(gòu)設(shè)計；性能特點(diǎn)

【中圖分類號】TE933【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】2236-1879（2017）12-0188-02

在斜井中，有桿泵系統(tǒng)處于傾斜狀態(tài)，各部件所受重力與其軸線有一定夾角，會產(chǎn)生一個使運(yùn)動件偏離軸線的分力。當(dāng)傾斜角增大時這個分力會增大，沿軸線的有效力會減少以至失效，因此存在一個泵失效臨界角。有研究表明，若泵掛處井斜角大于40，常規(guī)泵的排量因數(shù)將急劇下降，泵效明顯降低。在實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，泵掛處井斜角大于30即出現(xiàn)泵效明顯降低的情況。這使常規(guī)泵用于斜井段生產(chǎn)易于發(fā)生閥球偏擊閥座、泵閥關(guān)閉不嚴(yán)和關(guān)閉打開延遲現(xiàn)象。并且閥球的這種偏擊偏落使泵閥易于磨損導(dǎo)致漏失加重。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計

這種泵閥將傳統(tǒng)的球座配合改為“半球型柱塞”結(jié)構(gòu)。其柱塞被一垂直桿上下穿透，并露出閥座下部和凡爾罩上部，組成一個導(dǎo)向裝置，它精確地控制球型柱塞的運(yùn)動，在每個沖次中使半球型柱塞的中央正好座于閥座的中央位置。

斜井泵主要由泵筒總成、柱塞總成、固定閥總成等部件組成。結(jié)構(gòu)與普通泵不同之處在于泵閥的結(jié)構(gòu)上（見圖1）。

2性能特點(diǎn)

該泵的結(jié)構(gòu)是針對大斜度定向井而設(shè)計的，但在性能上要優(yōu)于普通泵，具有以下明顯特點(diǎn)：

a、閥件結(jié)構(gòu)獨(dú)特。將普通的球形閥改為半球型柱塞結(jié)構(gòu)，并設(shè)計有導(dǎo)向桿。導(dǎo)向桿能夠起到扶正作用，徹底解決了抽油泵在斜井中閥球的偏擊旁落問題，減少漏失，提高泵效。同時減少閥件偏磨，在結(jié)構(gòu)上也可延長泵的壽命。這種結(jié)構(gòu)閥件比普通球形閥件工作壽命可延長2～5倍。

b、閥罩內(nèi)設(shè)計有彈簧制動裝置，增加瞬時軸向力，使閥球閉合迅速，增大柱塞有效行程，提高泵效。

c、防腐耐磨性能優(yōu)越。泵筒采用了特殊的固體滲硼工藝，而柱塞采用了熱噴焊鎳基合金工藝，使其組成理想的摩擦副，比目前的常規(guī)抽油泵的壽命可提高1～2倍。

d、水力損失少。半球型柱塞閥閥球比球形閥小得多，這樣可形成較大的過流面積，對于稠油井可有效地提高產(chǎn)量，減少了通過閥的壓力損失。

另外，半球形柱塞的垂直桿可以做成適當(dāng)長度，在現(xiàn)場應(yīng)用中調(diào)整適當(dāng)?shù)姆罌_距，即可解決由于井內(nèi)氣量造成的氣鎖問題，所以該泵使用范圍很廣。在直井生產(chǎn)時平均提高單井產(chǎn)液量一般在5～10%之間；在斜井中使用，可不受泵掛處井斜角影響，保持與直井同樣高的泵效。

3工作原理

斜井抽油泵工作原理基本與普通泵相同。上沖程時，抽油桿帶著柱塞向上運(yùn)動，游動閥關(guān)閉，在內(nèi)外壓差的作用下，液柱克服固定閥彈簧力和件6的重力分力，打開半球閥，進(jìn)入泵筒。同時油管內(nèi)液體被排出井筒。下沖程時，抽油桿向下運(yùn)動，固定閥在彈簧力作用下，與閥座閉合。此時導(dǎo)向桿起著關(guān)鍵的導(dǎo)向作用，使閥球與閥座座正，防止閥球在重力的徑向力作用下，偏擊旁落，導(dǎo)致泵閥無法關(guān)閉或關(guān)閉不嚴(yán)，漏失嚴(yán)重。同時游動閥在上下壓差作用下被頂開，使泵向井筒內(nèi)排出液體。這就完成了斜井抽油泵一個沖程的工作。

4參數(shù)設(shè)計計算

斜井泵是一種新型的抽油設(shè)備，該泵是為斜井采油而設(shè)計的，它是在常規(guī)管式泵的基礎(chǔ)上，設(shè)計了彈簧復(fù)位裝置，使閥球及時關(guān)閉，閥球罩與彈簧能夠起扶正作用，該泵適用于斜井和水平井。有必要對該泵的強(qiáng)度和水力損失進(jìn)行設(shè)計計算。

4.1活塞的水力損失計算：

活塞上行時，固定閥打開，游動閥關(guān)閉，液體不通過游動閥，無水力損失。活塞下行時，固定閥關(guān)閉，游動閥打開，液體克服彈簧的阻力，經(jīng)游動閥、活塞內(nèi)孔，排到泵上油管，水力損失為：

4.2泵筒有關(guān)部件的強(qiáng)度校核：

斜井泵最大設(shè)計外徑Φ88.9mm，為計算管的強(qiáng)度，取載荷20噸為依據(jù)。固定閥下接頭的螺紋為M60×2，為該部件的強(qiáng)度較弱部位，材料為45#，屈服強(qiáng)度σs=360MPa，螺紋承受變載荷，故：

其它有關(guān)管件的強(qiáng)度校核均采用類比法，由于泵各連接部件承載有效截面積均大于Φ62mm油管的截面積，均安全可靠，故不再進(jìn)行其它管件的強(qiáng)度校核。

5技術(shù)參數(shù)及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

5.1斜井泵技術(shù)參數(shù)

泵公稱直徑：Φ56mmΦ44mm

設(shè)計沖程：3.3m3.3m

使用沖數(shù)：6～7次6～7次

理論排量常數(shù)：3.546m3/d2.19m3/d

泵筒長度：4.5m4.5m

柱塞長度：1.2m1.2m

泵最大外形尺寸：Φ88.9mmΦ73mm

最大下泵深度：1500m1800m

5.2技術(shù)指標(biāo)

5.3室內(nèi)試驗(yàn)：

對加工成型的D56mm、D44mm斜井抽油泵按圖紙及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工檢驗(yàn)和嚴(yán)格的室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果見表，通過試驗(yàn)，D56mm、D44mm斜井泵達(dá)到了設(shè)計要求。（引用標(biāo)準(zhǔn)SY/T5059-91）。