抽油泵失效分析及治理措施探討

劉金鳳

【摘 要】本文針對抽油泵免修期短的問題，通過采取生產(chǎn)過程分析和現(xiàn)場描述相結(jié)合的辦法，對油井出砂對抽油泵的機理，從管柱沉砂、抽油泵結(jié)構(gòu)、油井井況和產(chǎn)出液介質(zhì)四個方面進行分析，采取了系列防砂治砂、上提油井泵掛和推廣應(yīng)用新型抽油泵等措施，取得了較好的效果。

【關(guān)鍵詞】出砂;抽油泵;失效;機理分析;治理措施

濱博采油管理區(qū)管轄的區(qū)塊地層膠結(jié)疏松，出砂嚴重。目前有60%的油井出砂，含砂量大于1.0‰的油井占4.5%，油井的普遍出砂使抽油泵的工況環(huán)境進一步惡化。本文通過現(xiàn)場描述和生產(chǎn)過程分析相結(jié)合的方法，對油井出砂造成抽油泵失效的影響原因進行了分析，通過采取一些治理改進措施，來提高抽油泵的適應(yīng)性。

1、抽油泵失效原因分析

從礦場描述抽油泵的失效類型，主要有柱塞和襯套配合副失效、固定凡爾失效、游動凡爾失效、砂卡泵失效四種失效類型。通過對78口失效抽油泵調(diào)查發(fā)現(xiàn)，柱塞和襯套配合副失效井占到58%，游動凡爾和固定凡爾失效占35.6%。下面結(jié)合現(xiàn)場描述，從油井出砂對抽油泵失效的影響進行剖析。

1.1砂粒在管柱內(nèi)的沉降

目前區(qū)塊綜合含水已高達96%以上，油井的含砂量基本上大于0.3‰，含砂量最高的達到10‰以上。由于原油的粘度遠遠大于地層水的粘度，而在相同的流速下，不同介質(zhì)的攜砂能力與介質(zhì)的粘度呈正比[1]，所以地層油的攜砂能力要大于地層水的攜砂能力。當井液進入抽油泵后，由于活塞的抽吸作用以及抽油桿與油管的相互運動，使得地層水與地層油充分混合，大的油滴變成小油滴分散在地層水中，因此地層油中的砂粒混合在地層水中，由于地層水的攜砂能力差，部分砂粒會在重力作用下下沉。

其次，由于抽油桿與油管的相對運動，從管流的流體力學(xué)特性分析，由于粘性流體附面層的影響，在抽油桿上行時，靠近油管壁的流體必然粘附在管壁上，流速為零，靠近抽油桿的流體速度與抽油桿運動速度相同（見圖1）。在抽油桿下行時，靠近油管壁的流速為零，而與抽油桿接觸的流體與抽油桿的下行速度相同（見圖2）。因此井液在油管中運移速度從縱向上和徑向上都是變速運動，砂粒會在井液低速時沉降，部分砂粒也會沿著井壁的低速區(qū)沉降到抽油泵。特別是油井停產(chǎn)時，砂粒快速沉降，嚴重時會造成卡泵和砂埋。

1.2抽油泵結(jié)構(gòu)的因素

普通抽油泵在結(jié)構(gòu)上沒有任何擋砂措施，而且柱塞端部有0.5o的錐面，抽油泵在往復(fù)運動過程中，使得砂粒直接沉降到柱塞與泵筒間隙中，而且抽油泵柱塞上的防砂槽只具備擋砂和刮砂性能，對防砂槽沉砂的清除沒有考慮，在防砂槽存砂后，同樣會造成活塞襯套磨損。

其次，抽油桿通過游動凡爾與活塞連接，活塞往復(fù)運動使得游動凡爾罩承載著大小不對稱的變載荷應(yīng)力。在凡爾開啟過程中，凡爾罩受到連續(xù)間斷的撞擊，加速了疲勞破壞。凡爾罩作為井液的出口，由于改變了液流的方向，使得沖刷腐蝕加劇[2]、，造成凡爾罩的失效。

1.3井身結(jié)構(gòu)和地層能量下降加劇了磨損

通過對油井井身軌跡資料的研究，油井隨著井身的加深，與井口的同心度變差，特別是在500米以下，井身軌跡呈螺旋向下。動液面一般在700米以下，有桿泵平均泵掛為1200米左右。由于抽油泵所處位置徑向偏差增大，使得抽油泵在油井中呈傾斜狀態(tài)，沿著井身軌跡呈一定的角度，使得抽油泵在抽吸過程中，偏磨現(xiàn)象加重。

1.4磨損和腐蝕雙重作用，造成抽油泵失效

抽油泵在高含水環(huán)境下，潤滑介質(zhì)變差，采出水直接與抽油泵表面接觸。經(jīng)統(tǒng)計油井礦場化驗資料統(tǒng)計，油井的礦化度在10000-30000mg/l，對孤島東區(qū)館3-4單元110口井統(tǒng)計，PH值小于7的油井占34%。通過對油井生產(chǎn)過程跟蹤分析，在相同的生產(chǎn)參數(shù)下，含砂量和礦化度與抽油泵的泵效有著直接的關(guān)系。低礦化度、低含砂的油井高泵效期較長，而且泵效下降緩慢。高礦化度和高含砂的油井高泵效期較短，而且高泵效期過后，泵效下降比較快。

2、治理措施及效果

2.1防砂治砂配套技術(shù)的應(yīng)用評價

為有效降低油井采出液的含砂量，通過多年來的不斷研究和探索，形成了地層化學(xué)防砂、井筒機械防砂和泵下?lián)跎暗姆郎肮に囅盗小?/p>

（1）定劑、抑砂劑的應(yīng)用。在礦場應(yīng)用過程中，穩(wěn)定劑和抑砂劑主要應(yīng)用于出砂不很嚴重，但是由于含砂量較高，造成抽油泵生產(chǎn)周期短的油井。通過對現(xiàn)場應(yīng)用的620井次穩(wěn)定劑和240井次抑砂劑數(shù)據(jù)對比分析，取得了較好的效果。

（2）泵下?lián)跎捌鞯膽?yīng)用。為降低采出液的含砂量，在管柱優(yōu)化方面，通過在抽油泵下加裝泵下?lián)跎捌鳎档瓦M泵液體含砂量，減輕砂對抽油泵磨損。通過對15口井進行分析，含砂量由應(yīng)用前的0.94‰降低到0.52‰。可以有效的延長抽油泵的高泵效生產(chǎn)期，而且從二次作業(yè)的2口井現(xiàn)場描述發(fā)現(xiàn)，尾管中有20米的沉砂，說明起到了明顯的濾砂作用。

（3）確定合理的采液強度。在油井的生產(chǎn)過程中，通過對油井采液強度和含砂量的歷史數(shù)據(jù)進行擬合，可以得出含砂量與采液強度的變化規(guī)律，從而確定合理的采液強度。

2.2恢復(fù)地層能量，嚴格控制油井沉沒度

在搞清油井供液能力的前提下，降低油井泵掛，可節(jié)約投入。改善抽油泵工況的另一項有效途徑，是嚴格控制油井沉沒度。目前抽油井的平均沉沒度為522.2米。通過對油井合理沉沒度的研究分析表明，含水大于90%，沉沒度250米，含水小于90%，沉沒度400米即可滿足油井生產(chǎn)要求。

2.3推廣應(yīng)用新型抽油泵，提高抽油泵可靠性

針對高含砂、強腐蝕的特點，為有效延長油井的免修期，推廣應(yīng)用了一系列新型抽油泵，取得了較好的效果。為提高抽油泵抗砂能力，推廣應(yīng)用了改進泵、防砂卡泵和等徑泵，主要應(yīng)用于由于磨損而造成免修期短的油井。改進泵在結(jié)構(gòu)上，將游動凡爾移到活塞的下端，可避免凡爾球撞擊凡爾罩。在活塞的兩端加高硬度彈性刮砂裝置，直徑大于泵筒內(nèi)徑，在彈力和液柱壓力的作用下，彈性斜片緊貼在泵筒內(nèi)壁上，活塞往復(fù)運動時將砂子被斜片刮下由井液帶走，提高抽油泵的可靠性。通過現(xiàn)場10口井對比，免修期延長98天。利用環(huán)空沉砂原理，防止砂卡泵，減輕泵的磨損。平均免修期由187天延長到246天。9口等徑柱塞泵免修期延長了36天，且具有高泵效期長的特點。

3、結(jié)論與認識

（1）油井含砂量和礦化度越高，抽油泵的高泵效期越短，而且泵效下降越快;

（2）有桿泵在生產(chǎn)過程中，必然會有部分砂粒沉降到抽油泵上，使抽油泵磨損。通過一系列防砂工藝，可以降低油井的含砂量，延長抽油泵的高泵效期;

（3）油井井況的復(fù)雜變化，是造成抽油泵失效的重要因素，通過恢復(fù)地層能量，嚴格控制油井沉沒度，可有效改善油井工況;

（4）高含砂、強腐蝕是造成抽油泵短命的重要因素，通過應(yīng)用新型抽油泵，可提高油井的泵效，延長油井免修期，降低油井的維護費用。

【參考文獻】

[1] 辜志宏，張鳳民.出砂油井用抽油泵初始間隙的選擇.石油機械.2001，29（3）：35-37.