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，通過采取生產過程分析和現場描述相結合的辦法，對油井出砂對抽油泵的機理，從管柱沉砂、抽油泵結構、油井井況和產出液介質四個方面進行分析，采取了系列防砂治砂、上提油井泵掛和推廣應用新型抽油泵等措施，取得了較好的效果。

【關鍵詞】出砂;抽油泵;失效;機理分析;治理措施

濱博采油管理區管轄的區塊地層膠結疏松，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境進一步惡化。本文通過現場描述和生產過程分析相結合的方法，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口失效抽油泵調查發現，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%。下面結合現場描述，從油井出砂對抽油泵失效的影響進行剖析。

1.1砂粒在管柱內的沉降

目前區塊綜合含水已高達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，不同介質的攜砂能力與介質的粘度呈正比[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沉降到抽油泵。特別是油井停產時，砂粒快速沉降，嚴重時會造成卡泵和砂埋。

1.2抽油泵結構的因素

普通抽油泵在結構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，活塞往復運動使得游動凡爾罩承載著大小不對稱的變載荷應力。在凡爾開啟過程中，凡爾罩受到連續間斷的撞擊，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井身結構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，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

抽油泵在高含水環境下，潤滑介質變差，采出水直接與抽油泵表面接觸。經統計油井礦場化驗資料統計，油井的礦化度在10000-30000mg/l，對孤島東區館3-4單元110口井統計，PH值小于7的油井占34%。通過對油井生產過程跟蹤分析，在相同的生產參數下，含砂量和礦化度與抽油泵的泵效有著直接的關系。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防砂治砂配套技術的應用評價

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，形成了地層化學防砂、井筒機械防砂和泵下擋砂的防砂工藝系列。

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

（2）泵下擋砂器的應用。為降低采出液的含砂量，在管柱優化方面，通過在抽油泵下加裝泵下擋砂器，，降低進泵液體含砂量，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期，而且從二次作業的2口井現場描述發現，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。在油井的生產過程中，通過對油井采液強度和含砂量的歷史數據進行擬合，可以得出含砂量與采液強度的變化規律，從而確定合理的采液強度。

2.2恢復地層能量，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要求。

2.3推廣應用新型抽油泵，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，推廣應用了改進泵、防砂卡泵和等徑泵，主要應用于由于磨損而造成免修期短的油井。改進泵在結構上，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，直徑大于泵筒內徑，在彈力和液柱壓力的作用下，彈性斜片緊貼在泵筒內壁上，活塞往復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。通過現場10口井對比，免修期延長98天。利用環空沉砂原理，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）油井井況的復雜變化，是造成抽油泵失效的重要因素，通過恢復地層能量，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.