高含水期抽油泵柱塞防偏磨技術分析

范玉鳳

（大慶石油管理局有限公司裝備制造分公司抽油機制造分公司，黑龍江 大慶 163000）

目前，我國絕大多數的油田（包括大慶油田）都進入了高含水期開發階段。這一階段的顯著特點就是在采油過程中，抽油泵泵筒、柱塞等方面都會出現較為明顯的腐蝕、磨損、劃傷等情況，而油田平均檢泵周期也在不斷縮短。一方面，在一定程度上影響油田的正常開采；另一方面，則是增加了采油成本，直接影響油田開發的整體經濟效益。因此，對高含水期油田開發過程中抽油泵柱塞偏磨技術進行分析，具有重要的現實意義。

1 高含水期油藏概述

高含水期主要是指油田開發進入高含水階段，由于油田開采是強注強采，油藏的非均質性和開采過程中油層水流呈現出明顯的不均勻性。這種情況對油田的有效開采造成了一定的影響。在這一階段，油田開采對象往往不再是剩余原油，而是一些高度分散的剩余油，但是局部地區會較為集中。高含水期油藏開采正成為目前油田開發管理工作中一個重要的問題。

在高含水階段，油藏開采往往有幾個不平衡點。

（1）層間差異明顯。在大慶油田幾十年的開發過程中，開發層系的滲透率級差正常范圍為5～10，最大可以達到幾十。如果考慮砂組差異影響，滲透率級差也會加大，導致出現注水單層突進、層間干擾嚴重現象，無法出油的油層數量也會有所增加。高含水期這種現象更加明顯。

（2）平面差異明顯。同一層位的油藏，不同方向、不同部位的非均質性也會出現較為明顯的差異，其主要特點可以被概括為局部舌進、井間干擾嚴重等，因此，在高含水期油田開采必須對注水井、注水參數等進行重新設計，以保證石油開采的順利進行。

（3）層內差異明顯。層內差異主要體現在以下幾點：①沉積韻律性控制的非均質性；②沉積層里形成的非均質性；③巖石孔隙結構的非均質性。在這些特點的作用下，在同一層內的不同部位，吸水強度、產液等也會出現明顯差異，而剩余油分散部位也較為零散，通常都是存儲在油田邊緣、角落、至高點或者是低滲透層。

2 抽油泵柱塞偏磨問題出現的成因分析

我國油田大部分開采年份已經六七十年，開采頻率越大，油田含水越高。目前，國內大部分油田均已經進入高含水階段。油藏與水流呈現的不均勻性也更為明顯。這種情況不僅對正常的石油開采工作造成了較大的影響，同時也會對抽油泵泵筒與柱塞這兩個部分造成嚴重影響，而柱塞偏磨問題也不斷加重。產生這一問題的主要原因在于，柱塞與泵筒在整個運動的過程中，從圓周方向始終是處于一個不變的狀態，而受到地層、地質等方面因素的影響，當產出液中含水量大于74.02%時，原本的油包水便會轉變為水包油，摩擦力增加，柱塞表面失去了原有的保護，增加了腐蝕情況，進而出現柱塞偏磨問題。

3 抽油泵柱塞防偏磨技術分析

為了應對高含水期的柱塞磨損問題，一種新型的柱塞防偏磨裝置開始被應用，即柱塞自旋器，可以減少抽油泵柱塞磨損，對企業減少經營成本、提高油田開采質量與效率而言具有重要的作用。

3.1 柱塞自旋器工作原理

在油井采油的過程中，通常是由抽油桿來帶動柱塞進行往復運動。在抽油桿上沖程中，油管中的液體會隨著抽油桿向上運動，抽油桿柱與液體之間不存在相對運動關系，而在下沖過程中，抽油桿會向下運動。在這一過程中，油管內部的液體通常處于靜止狀態，因此二者之間存在相對運動關系。在明確了抽油桿柱的運動特點以后，可以通過安裝一個右旋導流槽裝置，使抽油桿柱在上、下沖過程中都發生變化。

柱塞自旋器是基于抽油桿這種運動特點發展來的。在實際工作中，上部抽油桿通常只做上下往復運動，而下部的螺旋轉子則是依靠連接桿，與抽油桿之間保持相對運動。在下沖過程中，固定閥與游動閥分別處于關閉和開啟狀態，此時，泵筒內部的液體會順著螺旋轉子與其共同進行上升運動，并會對轉子產生一定的作用力并分解，最終產生沖擊力。這一沖擊力的主要方向是沿著圓周切線的方向進行。這一沖擊力在產生以后，需要克服轉動柱塞時所產生的摩擦力，而在這時螺旋轉子便會帶動柱塞進行下旋轉運動。在上沖過程中，由于二者之間并不存在相對運動關系，因此液體無法對螺旋轉子產生作用力，而在這一狀態下柱塞不會轉動。通過采取這種方式，減少柱塞在石油開采過程中某一處的磨損情況，從而有效地減小高含水期抽油泵柱塞偏磨問題所產生的消極影響，提高抽油泵的使用壽命，減少石油企業的經營開采成本。

3.2 主要應用

柱塞自旋器不僅可以有效地解決柱塞偏磨問題，還可以產生額外的作用，具體如下：（1）在實際應用的過程中，柱塞自旋器中的螺旋轉子可以根據沖程的不同而隨機轉動。通過這種方式改變柱塞與泵筒之間的接觸面，減少在同一時間內個別部位所出現的較大磨損，使柱塞圓周附近所受磨損更加均勻。這樣可將一些雜物，如砂礫、結垢等，從柱塞與泵筒之間排除，從而避免出現具有較大摩擦性的材料聚集所引起的嚴重磨損，或者是桿柱脫扣的情況。（2）當柱塞處于下沖程狀態并完成下沖程時，包含著大量砂礫的原油會舉出地面，一部分砂礫則進入柱塞與泵筒之間的空隙中，而這些砂礫則會對柱塞造成較大的磨損。在安裝了柱塞自旋器以后，柱塞的旋轉會使進入空隙的砂粒在壓力的作用下被擠壓至泵筒的下方。固定閥產生的沖力會對原油產生一定的沖力，這種沖力將泵筒下部砂礫沖出，并且會隨著原油再一次被舉出地面，從而避免砂粒對抽油泵造成影響。

4 結語

綜上所述，在進入高含水期以后，我國油田在開采過程中，柱塞會在顆粒摩擦的影響下出現較為嚴重的磨損情況，而磨損的程度又會受到油井自身結構、產出液體性質等多方面因素的影響。因此，在今后的油田開發過程中，如何解決柱塞偏磨問題，已經成為需要重視的問題。為了應對這一問題，一種新型的柱塞防偏磨裝置開始被應用，即柱塞自旋器，不僅可以起到較好的效果，同時也可以延長柱塞的使用壽命，對于提高油田開采質量與有效性，減少企業投入成本等方面都具有重要作用，值得被進一步推廣與使用。