斜井抽油泵的研制

趙慶

摘要：目前現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、硬質合金等。但這種球閥組件在現場應用了幾十年，其效果在某些井上并不好，有些腐蝕嚴重，造成漏失。從目前采油隊測得的功圖分析，雙凡爾漏失井數占有相當大的比例。為了解決泵的雙漏問題，必須對閥件進行一次徹底改進。我們在查閱了《世界石油》等國內外相關科技文獻的基礎上，設計了一種進出油凡爾帶導向裝置和機械啟閉裝置的斜井抽油泵。

關鍵詞：斜井；抽油泵；結構設計；性能特點

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

在斜井中，有桿泵系統處于傾斜狀態，各部件所受重力與其軸線有一定夾角，會產生一個使運動件偏離軸線的分力。當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，常規泵的排量因數將急劇下降，泵效明顯降低。在實際調查中發現，泵掛處井斜角大于30即出現泵效明顯降低的情況。這使常規泵用于斜井段生產易于發生閥球偏擊閥座、泵閥關閉不嚴和關閉打開延遲現象。并且閥球的這種偏擊偏落使泵閥易于磨損導致漏失加重。

1結構設計

這種泵閥將傳統的球座配合改為“半球型柱塞”結構。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，組成一個導向裝置，它精確地控制球型柱塞的運動，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。結構與普通泵不同之處在于泵閥的結構上（見圖1）。

2性能特點

該泵的結構是針對大斜度定向井而設計的，但在性能上要優于普通泵，具有以下明顯特點：

a、閥件結構獨特。將普通的球形閥改為半球型柱塞結構，并設計有導向桿。導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，在結構上也可延長泵的壽命。這種結構閥件比普通球形閥件工作壽命可延長2～5倍。

b、閥罩內設計有彈簧制動裝置，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長度，在現場應用中調整適當的防沖距，即可解決由于井內氣量造成的氣鎖問題，所以該泵使用范圍很廣。在直井生產時平均提高單井產液量一般在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動，游動閥關閉，在內外壓差的作用下，液柱克服固定閥彈簧力和件6的重力分力，打開半球閥，進入泵筒。同時油管內液體被排出井筒。下沖程時，抽油桿向下運動，固定閥在彈簧力作用下，與閥座閉合。此時導向桿起著關鍵的導向作用，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，導致泵閥無法關閉或關閉不嚴，漏失嚴重。同時游動閥在上下壓差作用下被頂開，使泵向井筒內排出液體。這就完成了斜井抽油泵一個沖程的工作。

4參數設計計算

斜井泵是一種新型的抽油設備，該泵是為斜井采油而設計的，它是在常規管式泵的基礎上，設計了彈簧復位裝置，使閥球及時關閉，閥球罩與彈簧能夠起扶正作用，該泵適用于斜井和水平井。有必要對該泵的強度和水力損失進行設計計算。

4.1活塞的水力損失計算：

活塞上行時，固定閥打開，游動閥關閉，液體不通過游動閥，無水力損失。活塞下行時，固定閥關閉，游動閥打開，液體克服彈簧的阻力，經游動閥、活塞內孔，排到泵上油管，水力損失為：

4.2泵筒有關部件的強度校核：

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

其它有關管件的強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，故不再進行其它管件的強度校核。

5技術參數及室內實驗

5.1斜井泵技術參數

泵公稱直徑：Φ56mmΦ44mm

設計沖程：3.3m3.3m

使用沖數：6～7次6～7次

理論排量常數：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技術指標

5.3室內試驗：

對加工成型的D56mm、D44mm斜井抽油泵按圖紙及有關標準進行加工檢驗和嚴格的室內試驗，試驗內容及結果見表，通過試驗，D56mm、D44mm斜井泵達到了設計要求。（引用標準SY/T5059-91）。