抽油泵一體式座封的優(yōu)化研發(fā)及應用

呂小明 楊春（玉門油田機械廠吐哈三抽設備中心，甘肅酒泉735000）

0 引言

國內現(xiàn)有的采油系統(tǒng)大多采用抽油機、抽油桿、抽油泵組成的有桿機械采油系統(tǒng)。抽油泵及其組件則為機械采油系統(tǒng)中的核心組成部分，其損壞、失效的頻次在整體檢泵次數(shù)的占比達80%及以上。而因座封脫扣、泄露約戰(zhàn)總檢泵次數(shù)約為3%。座封（或稱泵座）為抽油泵的核心組件之一，是作為桿式抽油泵，也是井下套管與油管較為重要的的一個密封點；是將油氣舉升的一個重要支撐點，因此，座封結構的強度和密封性能是座封的兩個最重要指標。

1 座封優(yōu)化的必要性

吐哈油田處于油氣開發(fā)的中后期，油井比較深且各種施工措施如酸化壓裂、氮氣吞吐，天然氣吞吐作業(yè)等措施，施工作業(yè)頻率很高，而洗井，沖砂等措施不能徹底解決作業(yè)后的井底出砂問題，導致壓裂砂、地層砂出砂特別嚴重，經常造成壓裂砂、地層砂卡泵或直接堵塞充實泵筒，只能進行檢泵作業(yè)。吐哈油田的稠油區(qū)塊，尤其是魯克沁區(qū)塊，全部為稠油井，基本采取摻稀工藝進行開采。且井底出砂十分普遍，油砂分離一直是個難題。為了提高摻稀及沉砂效果，提高采收率，采油廠推廣泵下加長尾管技術加強摻稀及沉砂效果，采油廠一方面采用進油處加裝防砂管進行前期預防，一方面在井底加長尾管的長度，降低稀油與稠油的混合點，原油粘度越低，采收效果越好。現(xiàn)一般采用100～200 米尾管的管柱結構（約10～30 根2-7/8 油管，重量約為1.0～2.0 噸），對于供液充足的井，可以考慮加長至300 米（約10～30 根2-7/8 油管，重量約為3.0 噸，）。常規(guī)座封在使用期間發(fā)生過多起脫扣和泄露事故；采油廠要求優(yōu)化改進座封的強度，以滿足其使用要求。

2 常用抽油泵座封（泵座）的組成及特點，原理

常用的抽油泵座封由上接頭、密封支撐環(huán)、下接頭。油管接箍、密封接頭組成，除密封支撐環(huán)外，其余組件用絲扣連接（見圖1），連接扣型根據(jù)油井井況所選用的油管扣型而定。

圖1 常用抽油泵座封（泵座）的組成示意圖

抽油泵座封通過兩端油管螺紋與油管連接在一起，隨油管下到油井內的固定位置，與隨后下井的抽油泵通過支撐密封環(huán)連接，起到密封與固定作用。

通常用材料為45#鋼，調質處理后進行加工，由于材料及加工成本的原因，極少用鉻鉬鋼制造。

3 常用抽油泵座封優(yōu)缺點

（1）抽油泵座封的各部分組件制造工藝簡單，連接節(jié)點較多，如螺紋冷尺寸加工或材料熱處理不規(guī)范或不合格，容易造成粘扣、密封不嚴，嚴重時導致脫扣等重要故障，影響抽油泵的使用效率。

（2）常規(guī)座封螺紋連接節(jié)點較多，座封整體強度有一定的弱化。座封以下能夠懸掛油管較少。對于出砂較為嚴重或井深較大的井，根據(jù)設計，要求座封下部沉砂管較多，常規(guī)座封因整體強度不夠有脫扣或泄露風險，不能滿足油井施工設計要求。在油氣抽汲過程中，由于復雜的井況而導致抽油泵無規(guī)則擺動而容易造成脫扣、解封等故障，縮短了檢泵周期。

4 優(yōu)化后的抽油泵座封組成及特點

優(yōu)化后的抽油泵座封由一體式接頭、密封支撐環(huán)、內撐壓環(huán)組成（見圖2），上下接頭改為一體式接頭，只保留上、下與油管的連接部位，減少了座封部件之間的螺紋連接環(huán)節(jié)，能夠有效提高座封的整體強度。用戶可根據(jù)油管管柱的設計不同增加不同的變扣，滿足其使用要求。

圖2 優(yōu)化后的抽油泵座封示意圖

5 優(yōu)化后的抽油泵座封優(yōu)缺點

（1）一體式座封材料選用45#鋼，粗鉆后進行調質處理，調質處理后平均硬度可達HRA55-65，成品表面采用磷化處理。除了密封環(huán)與一體式接頭之間的螺紋，座封結構之內沒有螺紋連接節(jié)點，因而整體強度較傳統(tǒng)座封更高，在摻稀井及出砂油井井底能夠加長沉砂管柱長度，有效減少脫扣、解封風險，滿足油井的施工要求；根據(jù)采油廠提供的三口試驗井數(shù)據(jù)來看（見表1），試驗井摻稀試抽后狀態(tài)良好，3個月檢泵起管柱檢查，井底加長尾管沉砂效果理想，一體式座封強度達到設計要求。

表1 采油廠提供的三口試驗井數(shù)據(jù)

（2）一體式座封為圓鋼整體加工而成，螺紋連接點僅為上下油管連接處2 處，較原有的常規(guī)座封（5 處）的螺紋連接點少三個，因螺紋損壞而導致泄漏的可能性大為降低。又通過優(yōu)化密封環(huán)的固定連接部位的結構，密封環(huán)以下的加長部分對抽油泵的泵筒起扶正作用，能夠有效避免因抽油泵在井底無規(guī)則晃動而造成的座封解封現(xiàn)象。以上一系列的結構優(yōu)化減少了座封潛在的泄漏點，密封性更強，大大降低座封處泄漏的風險。

（3）一體式座封通過優(yōu)化整體結構，用料及加工工序大大減少。與普通座封相比，縮短了零件加工周期、減輕勞動強度，降低生產成本。

（4）一體式座封整體結構原因，內撐壓環(huán)及內部螺紋加工精度要求更高，熱處理工藝及加工難度較大，對于操作人員的加工水平或加工設備要求更高。另外，一體式座封在水平井中的應用與普通座封相比較沒有優(yōu)勢。

6 一體式泵座的應用統(tǒng)計及使用效果

表2 （請作者修改，或者取消該表）

產品研發(fā)出來以后，前期選擇鄯善區(qū)塊、玉東區(qū)塊3口摻稀且出砂嚴重的油井，結合玉門油田機械廠生產的特型抽油泵（Φ 38普通桿式重球泵、Φ38單閥重球防砂泵等）進行試驗，試驗結果顯示良好。之后，我們向吐哈油田其它重點區(qū)塊進行了推介說明，逐漸向其它重點油井推廣使用。通過追蹤近三年來一體式座封使用情況，一體式座封沒有發(fā)生脫扣或者泄露的情況，摻稀和沉砂效果良好，有效延長了檢泵周期，檢泵周期從原來的3～6個月延長至6個月以上，證明一體式泵座的研發(fā)是有效的，成功的。

綜上所述，與傳統(tǒng)的組合式座封相比，優(yōu)化改進后的一體式座封的強度及密封性優(yōu)于普通組合式座封，能夠滿足油田高出砂井、摻稀井的使用要求，有效減少因座封脫扣、泄露的檢泵次數(shù)，降低了作業(yè)成本。