特种抽油泵（精选7篇）
特种抽油泵 篇1
泵是世界上发明最早的机器之一, 今天其使用量仅次于电机。而抽油泵在石油开采装备领域有着举足轻重的地位。抽油泵结构性能的不同, 直接影响到石油产量和油田的效益。按照抽油泵在油管中的固定方式进行分类, 抽油泵分为管式泵和杆式泵两大类, 又有整筒泵和组合泵之分 (目前组合泵已被淘汰) 。按照抽油泵的用途进行分类, 抽油泵分为常规泵和特种泵两大类。对于符合抽油泵标准设计的抽油泵人们称之为常规抽油泵, 对具有专门用途的抽油泵, 如抽稠油泵、防气泵、防砂泵、防腐泵和耐磨泵等, 人们称之为特种泵。
目前随着国内油井井况日益恶劣, 如含砂量大、高气油比、腐蚀严重、油井供液不足等, 国内外石油装备企业不断生产出针对特殊井况要求的各类特种抽油泵。如适用于大排液量的双作用泵, 适用于高气油比的防气泵, 适用于抽稠油串联泵, 适用于出砂井的刮砂泵、防砂抽稠泵和防砂卡泵等防砂泵, 适用于深井抽油的过桥泵, 适用于斜井抽油的斜井深井泵, 适用于过泵测试或加热的空心泵等。
一、适于出砂油井的抽油泵
目前国内针对此类出砂油井所开发的适于出砂油井的抽油泵有防砂扶正杆式泵、长柱塞防砂卡抽油泵、刮砂抽油泵、防砂抽稠泵等。
1. 防砂扶正杆式泵。
锁紧装置位于底部, 使泵筒不因液柱作用而伸长, 间隙不会增大, 更适于深井;增加挡阀装置, 防止砂粒回落泵筒砂卡柱塞;增加扶正装置, 避免泵体摆动使下部密封失效, 增加泵的稳定性;增加沉砂通道, 解决砂埋的问题。适用于泵挂在2 900m内、黏度400c P以下的深井;停抽易砂卡抽油泵的油井;油井含砂≤2%。不适用于气油比较高, 易发生气锁的油井。
2. 刮砂抽油泵。
柱塞上增加刮砂装置紧贴泵筒内壁刮砂, 油砂通过液流带出泵筒, 防止了砂卡柱塞的现象, 减轻了柱塞泵筒的磨损, 延长了抽油泵使用寿命。适应不砂埋的稀油井生产。气油比较高, 易发生气锁的油井不宜采用该泵。油井含砂≤2%。
二、适于稠油井的抽油泵
国内目前适于稠油井的抽油泵有双柱塞阀式抽油泵、串联抽油泵 (液力反馈泵) 、长柱塞注采泵、双柱塞注采泵、环空热采泵等。
1. 双柱塞阀式抽油泵。
游动阀采用机械阀结构, 随抽油杆的上下运动启闭;将柱塞的承压与密封功能分开, 大大提高了泵的使用寿命;柱塞为浮动结构, 具有自修复功能, 可提高阀副的寿命。可在50℃原油黏度不大于4 000m Pa·S实现冷采;可在气油比低于800的含气井内使用;可在泵下入井段斜度40度的油井中生产。
2. 串联抽油泵 (液力反馈泵) 分为长柱塞、短柱塞两种规格。
运用液力反馈原理, 在下行程工作时产生向下推力, 可帮助柱塞克服稠油与抽油杆的阻力下行, 减少抽油杆的断脱。该泵无固定阀, 井下可不用泄油器, 将柱塞提出泵筒即可实现注汽或泄油。还可不动管柱进行注汽热采及正反向洗井、冲砂。作业方便, 降低了作业成本。原油黏度小于4 000m Pa·S时可不用降黏直接抽吸。适用于注汽热采稠油井生产, 含砂小于0.1%、含气少的稠油井。
三、适于含气油井的抽油泵
目前国内适于含气油井的抽油泵种类较多, 有防气锁抽油泵、长柱塞防气防砂抽油泵、强开阀式抽油泵等, 此类抽油泵可以适于含气量较高的稀油井的生产。上文所介绍的双柱塞阀式泵同样适用于含气油井。
1. 防气锁抽油泵。
增加防气装置, 改变阀球的受力条件, 使阀球开启力降低为原来的1/3~1/4, 改善游动阀的受力情况, 防止气锁现象的产生。该泵适用于含气量较高的稀油井。
2. 长柱塞防气防砂泵。
专利防砂防埋固定阀可有效避免阀座刺坏, 提高阀副的密封可靠性。防气槽可实现防气锁和二次进油。适用于停抽易砂卡抽油泵的油井、气油比较高的稀油井。严禁在拐点及其下部使用, 油井含砂≤2%。
3. 强开阀式抽油泵。
游动阀为强制启闭的球形阀, 不仅能及时启闭, 而且寿命高。柱塞可自由转动, 防止砂卡、偏磨, 提高了使用寿命。该泵适用于含气量较高的稠油井。
四、适于腐蚀油井的抽油泵
防腐抽油泵采用特殊材料和处理方式, 适用于腐蚀油井的生产, 其结构与普通泵相同。
1. 泵筒防腐处理, 更适应油井生产;
柱塞表面喷焊镍基合金, 更耐磨、耐腐蚀;阀罩等关键零部件均采用耐蚀性能强、机械性能优的材料制造, 或进行防腐处理, 解决配件的腐蚀断裂问题;球座具有极强的耐腐蚀、耐冲击、耐磨性能。
2. 由于该泵具有优良的耐腐蚀性能, 在国内各大油田含H2S、CO2及盐水腐蚀介质的油井中使用能取得良好的效果。
五、适于深井的抽油泵
国内现有适于深井的有才开发的过桥抽油泵, 它采用特殊过桥结构, 防止抽油泵在深井内产生变形, 进而使其更适用于深井的生产。
1. 过桥泵特点。
防弯曲特性——特殊过桥式结构, 泵筒悬挂在外筒内, 不承受压力, 不发生弯曲, 从根本上解决了配用封隔器时抽油泵坐封弯曲的问题。防偏磨特性——因泵筒不发生弯曲, 柱塞与泵筒间隙均匀, 减小了柱塞与泵筒因坐封弯曲而发生的偏磨磨损, 延长了泵的使用寿命, 提高了泵效。防漏失特性——由抽油泵间隙漏失量公式可知, 该泵的相对偏心距ε=0, 防止了因柱塞与泵筒的偏心造成的漏失量, 减小了间隙漏失量, 提高了泵效。
2. 适用于常规管式泵适用的油井, 并可极大地增加泵挂深度及下挂尾管长度;还适于抽油泵与封隔器距离较近的一体式管柱。
现今, 国内外关于抽油泵的研究与开发已经趋向成熟, 在特种抽油泵领域除了上述介绍到的部分抽油泵外, 还有许多其他形式的抽油泵, 如防堵抽油泵、旋转抽油泵、活塞环式抽油泵、大量不同规格型号的改进泵。由此可见, 抽油泵在石油装备领域仍然有非常大的发展空间和潜力。
节能高效抽油泵技术探讨 篇2
据不完全统计, 我国油田90%采用的是常规有杆泵抽油, 是一种普遍应用的抽油技术, 主要结构是固定阀尔在泵下部, 游动阀尔在上部, 在正常的生产过程中, 具有如下特点, 在下冲程时, 所受的阻力完全是油管内液体对杆柱产生的压力, 抽油杆下行必须克服下行阻力, 因此会发生弯曲, 导致抽油杆和油管之间偏磨, 下行阻力越大, 抽油杆偏磨现象就加剧, 严重的可能导致抽油杆接头与油管接头发生刮碰, 抽油杆断脱和油管漏失。在上冲程时, 抽油泵工作的动力主要是电机提供的, 油管环形空间液体的压力没有发挥作用, 只能靠电机提供抽油产生的动力。可以看出, 常规有杆抽油泵技术存在抽油机系统能耗高, 抽油杆偏磨现象严重等。因此, 探讨一种节能高效的抽油泵技术。
2 节能高效抽油泵技术原理及特点
节能高效抽油泵的主要技术思路是, 将固定阀尔设置在泵筒上部, 游动阀尔设置在泵同下部, 到达充分利用油管环形空间液体浮力的作用, 主动利用地层能量举升, 减少泵在上下冲程过程的载荷, 减缓抽油杆偏磨现象, 达到节能高效的目的。
2.1 结构
包括光杆、油管、游动阀、柱塞、密封光杆、密封短节、固定阀、固定阀座。泵筒与上部油管相连, 固定阀座位于泵筒的顶部并相互连接。柱塞位于泵筒内部并能上下活动, 其顶部与密封光杆相连。游动阀坐在柱塞上并置于固定阀座的下方。
2.2 工作原理
活塞上行时, 地层原油进入活塞所让出的空间, 泵内压力继续升高, 当泵内压力超过油管内液柱压力时, 固定阀打开尔, 游动阀尔关闭, 油管内液面不断上升, 油流进入出油管线。活塞下行时, 活塞所让出体积变大, 泵筒内体积大, 压力变小, 当压力小于环形空间液柱压力时, 导致固定阀尔打开, 游动阀尔关闭, 流油进入泵筒。
2.3 技术特点分析
以实例进行分析, 假设一口井泵挂深度1700m, 原油密度0.8g/cm3, 沉没度200m, 柱塞直径38mm, 杆柱直径25mm, 活塞直径56mm。则S38柱=11.34cm2, S25杆=4.91cm2, S56活=24.63cm2, P液=136kg/cm2, P沉=16kg/cm2, 将常规抽油泵和节能抽油泵在正常工作时, 泵的受力情况进行对比。
(1) 降低下冲程阻力
高效节能泵下冲程阻力计算:
泵下端面阻力=S柱×P沉=G向上
泵液压反溃力= (S柱-S杆) ×P液=G向下
泵净阻力=G向上-G向下
G往下= (S38柱-S25杆) ×P液= (11.34-4.91) ×136=874kg
G往上=S38柱×P沉=11.34×16=181kg
G净阻=181-874=-693kg (主动下行)
常规泵下冲程阻力计算:
阻力=S杆×P液=G0
G0=S25杆×P液=4.91×136=648kg
通过计算表明, 节能高效泵能够有效降低下冲程载荷。
(2) 降低上冲程载荷
高效节能泵上冲程顶托力计算:
只有油套环形空间的液体作用在活塞上, 因此, F往上=S56活×P沉=24.63×16=394kg
常规泵上冲程顶脱力计算:F往上=0
通过计算表明, 节能高效泵能主动利用地层能量进行举升。
(3) 综合分析
计算沉没度在200m、400m、800m时, 下行阻力和顶托力的变化规律。
当沉没度200m, 对常规泵而言, G0=4.91×136=648kg, F往上=0
对节能泵而言, G净阻=-693kg (主动下行) , F往上=394kg
当沉没度400m, 对常规泵而言, G0=648kg, F往上=0
对节能泵而言, G净阻=-511kg (主动下行) , F往上=788kg
当沉没度800m, 对常规泵而言, G0=648kg, F往上=0
节能泵而言, G净阻=-150kg (主动下行) , F往上=1576kg
⑷技术特点
(1) 减缓抽油机井偏磨程度
有杆泵采油技术是油田生产常见的生产方式, 随着油田不断开采, 油田含水不断上升, 因杆管偏磨造成抽油机井检泵作业的井数呈逐年增加的趋势。抽油机井发生偏磨的主要原因是由于在下冲程过程中, 抽油杆产生弯曲变形造成的。主要是因为抽油泵在下冲程运动过程中, 受井内液体的作用, 产生一个阻碍抽油杆下行且方向向上的阻力, 使得抽油杆的下部受压, 使得中和点上移, 加剧抽油杆偏磨程度。
通过上述分析, 可以证明, 节能高效抽油泵在下冲程时, 可将常规抽油泵在下冲程时井内液体对抽油杆的阻力, 转化为使抽油杆能够自动下行的动力, 使抽油杆不受此阻力的影响, 大大减少了使抽油杆发生弯曲的阻力, 使抽油杆能够保持较好地伸长状态, 有效降低抽油杆的中和点, 达到较好的防偏磨效果。
(2) 有效降低系统举升能耗
通过与常规抽油泵计算对比分析发现, 节能高效抽油泵在上冲程时, 能够利用地层的能量, 提供一个向上的托举力, 在下冲程时, 能够额外产生一个使抽油杆上行的力。可见, 节能高效抽油泵能够有效降低机采系统举升载荷, 起到节能降耗的作用。
结论
该技术利用液压反馈原理可以降低下冲程阻力, 甚至使柱塞主动下行, 同时可降低上冲程载荷, 减少摩擦所消耗的能量, 达到节能效果。
该技术可始终保持抽油杆处于拉伸状态, 降低抽油杆中和点, 减缓抽油杆偏磨程度。
参考文献
抽油泵固定阀故障治理的对策 篇3
抽油泵是有杆泵采油系统的三大设备之一, 泵效是衡量油田开发水平和管理水平的重要指标。长庆油田第三采油厂虎狼峁作业区正常开井452口, 平均单井日产液2.6m3, 日产油1.2t, 含水48.6%, 平均泵挂深度1 562m, 沉没度85m, 全部采用有杆泵采油。2010年1月平均泵效30.1%, 其中平均沉没度115m的井有73口, 泵效只有23%。而这类井大部分日产液量低, 功图显示供液不足。从理论上分析, 当沉没度达到7m时, 就能克服流体进泵的沿程阻力损失, 达到100%的泵效, 而实际上却并非如此。
二、影响泵效因素分析
影响泵效的因素有很多, 如冲程损失、泵漏、生产参数等。一般认为对于特定油井在泵况正常的情况下, 泵效主要受气体和固定阀关闭迟缓的影响。
1.气体影响
(1) 游离气。抽油井深井泵筒内压力常会低于原油饱和压力, 抽汲时气液两相同时进泵, 气体占据泵筒的部分容积而使泵效降低。
(2) 溶解气。活塞上行, 油、气、水三相进泵过程中会产生A、B、C等3个低压区 (见图1) 。导致原油中的溶解气在此进行分离, 最终会在B、C区形成2个低压区, 使气体能够充分和原油分离。
以柳136-13井为例, 油藏条件下其原油的溶解油气比为52标m3/m3, 泵径r=32mm, 冲程S=2.4m, 冲次n=3.5r/min, 原油含水为71%。2009年11月20日测得泵的沉没度为142m, 套压为0.1MPa, 泵效为12.4%。
泵挂深处流体的温度取51℃。当活塞上行时, 进泵原油的体积V油为:
进泵原油在泵的沉没度条件下能分离出的气体体积为:
根据克拉伯龙方程知, V气标在泵腔的气体体积为:
式中:P标——标准状况下的压力, 0.1MPa;
T标——标准状况下的温度, 0℃;
V标——标准状况下的体积, m3;
P泵——泵在沉没条件下的外部压力 (P泵=ρgh+P套= (0.71+0.29×0.745) ×1 000×9.8×142+0.1=1.389MPa) , MPa;
T泵——泵在沉没条件下的外部温度, ℃;
L——有效冲程, m;
V气腔——泵在沉没条件下溶解气的体积, m3。
气腔所占的最大体积为0.159πr2l, 即假设流体全部充满泵腔、原油的气体全部从原油中逸出, 只能占据整个泵腔体积的15.9%。
2.泵腔内原油的气蚀效应
在抽油泵的沉没条件下, 因高压和相对较高的温度以及原油本身成分的复杂性, 一旦压力突然下降, 导致原油发生强烈的气蚀作用, 由原来条件下的液相转化为气相, 气蚀产物 (C6H14等) 占据泵腔内大量的有效空间。随着井深的增加, 气蚀效应随之加强。
气蚀产物与溶解气的区别是:原油气蚀产物指原油成分中沸点在一定范围的烃类, 在油井条件下处于过饱和状态, 一旦压力变小这些烃类立即成雾状占领低压区, 形成油雾。这些形成油雾的烃类分子之间的吸引力较大, 一般是多个烃类分子成团状结构结合在一起。
溶解气指含气原油在压力变小时, 碳链长度较小的烃类挣脱长链烃类分子的束缚进入低压空间, 一般呈单个分子态存在。
3.固定阀关闭滞后
下行时, 泵腔内体积变小, 压力升高, 固定阀关闭, 游动阀打开排液。当固定阀球跳动过高出现回座滞后时, 泵内部分液体将漏失, 造成泵效偏低。
根据现场统计数据, 因固定阀来不及关闭对泵效造成的影响只有12%, 与气体的影响合计占据泵腔体积的27.9%。分析发现, 泵腔内还有25%左右的有效空间被原油气蚀效应产生的油雾所占据。
根据以上分析知道, 对一口特定的油井, 若泵挂深度一定时, 溶解气的逸出率、原油中气蚀成分的气蚀率、因阀来不及关闭而造成的漏失率是影响泵效的主要因素。通过对抽油泵的工艺结构分析发现, 减小三者的值、提高抽油泵效, 要从抽油泵的固定阀罩上去解决。
三、固定阀最佳跳动高度的确定
从现有阀罩的结构 (图2) 看, 固定阀球心移动的距离为39mm, 阀球运动的距离较大, 必然造成两方面不利影响: (1) 上行时为原油中的溶解气逸出和气蚀的效果加强提供了有利条件; (2) 下行时导致因阀球来不及关闭而造成的原油漏失率增大。
分析认为, 球移动后形成的最小过流面积和固定阀座的横截面积相等时, 固定阀球心移动的距离是最佳的, 设图2中P点到球心O2的距离为L, 则存在如下关系:
由于固定阀球坐于固定阀罩上时, 球心在过P点的垂直截面上, 那么从O1到O2的距离为X, 则X2+212=24.22, 那么X=12.03mm。考虑加工精度的问题, X取12mm。根据以上计算结果, 将抽油泵固定阀罩进行改进, 跳动高度由39mm降为12mm, 现场应用后取得了明显效果。
另外, 针对固定总成上下接头密封面频繁刺漏而导致固漏的问题, 在阀座上下密封面各添加一只1mm厚紫铜垫并涂厌氧胶使其有效结合 (图3) , 由于紫铜垫塑性较好, 固定总成上下接头在上紧时紫铜垫子发生塑性变形, 填补了上下密封面因工艺精度难以实现充分压实而留下的间隙, 杜绝了密封面上的过流、腐蚀和刺漏, 同时, 针对六孔或四孔阀罩因过流面积小容易被垢砂堵塞的情况, 将阀罩改进成空心阀罩 (图4) 。
四、现场应用
自2010年以来, 改进固定总成下井156套, 取得了显著的效果 (见表1) 。
下面通过3口井的应用实例说明使用效果。
1.柳128-16井
柳128-16井泵挂深度1 677m, 动液面1 532m, 泵径32mm, 泵效只有14.3%, 气油比69m3/t, 功图反映供液不足。2010年2月3日检泵下入改进固定阀, 功图显示充满度变好, 使用效果见表2和图5。
2.柳136-17井
柳136-17井泵挂深度1 554m, 动液面1 431m, 泵径32mm, 泵效只有24.7%, 气油比65m3/t, 功图反映供液不足。2010年2月7日检泵下入改进固定阀, 功图显示充满度明显变好, 使用效果见表3和图6。
3.柳127-26井
柳127-26井泵挂深度1 796m, 动液面1 701m, 泵径32mm, 泵效只有10.2%, 气油比74m3/t, 功图反映供液不足。2010年2月6日检泵下入改进固定阀, 功图显示充满度明显变好, 使用效果见表4和图7。
五、建议
抽油泵失效原因简析及应对措施 篇4
2011年1月—2012年12月抽油泵质量鉴定分类表1所示。
1.1 作业施工质量方面
由于现场条件和周围环境的限制, 不能保证下井管杆的清洁。同时由于控制成本, 部分老化的管杆还在继续使用, 地面部分泥土、砂粒、管杆壁上的铁锈、垢、死油等沉淀到固定阀上, 造成阀密封不严或堵塞阀球, 在活塞上下运动时造成活塞发卡不能正常抽油;某些泥质含量较高油井, 在抽油过程中, 出现周期性的固定阀堵塞, 需多次作业更换固定阀座。从现场取出来的固定阀看, 都有污物沉淀。如C11-10井, 2012年3月31日下总机厂D44mm×3.3m新泵, 未生产, 示功图反映为泵漏, 提出后鉴定发现泵筒和固定阀内被铁屑塞满, 致使阀球与阀座座封不严。近两年鉴定的87台抽油泵中, 43台属于此类情况, 只是铁屑、碎石块、胶皮、杂草、粘稠状死油块等污物不同。
1.2 地层因素影响
由于地层条件复杂, 地层出砂严重、产出液的高含水腐蚀性, 不同程度的造成泵筒、柱塞、球阀的磨损腐蚀, 使抽油泵失效。
1.3 抽油泵本身质量问题
目前泵筒本身质量问题主要是由材质与加工工艺引起, 导致固定凡尔刺漏、活塞上罩脱断、泄油器销子刺坏、柱塞与泵筒间隙变大。现就引起抽油泵失效占比重大的凡尔失效进行原因分析。
1.3.1 凡尔失效
(1) 热处理工艺的影响。
固定凡尔大都采用6Cr18Mo或9Cr18Mo材料制成。Cr在调制结构钢中的主要作用是提高淬透性, 使钢经淬火回火后具有较好的力学性能;而Mo在钢中能提高淬透性和热强性, 防止回火脆性。在热处理工艺中处理不当, 将会造成固定凡尔的刺漏。
(2) 液击和气蚀的影响。
在绝大多数情况下, 抽油泵达不到理想工况, 在上冲程过程中, 泵腔内液体未充满时, 泵腔顶部将出现低压气顶, 在下冲程过程中, 在活塞接触液体前游动阀处于关闭状态, 与液体接触的瞬间液压突然升高, 游动阀被打开, 出现负向液击现象;在下冲程向上冲程转换的瞬间, 游动阀由打开状态转换为关闭状态, 出现正向液击现象;同时在泵腔内出现低压气顶时, 液体被气化, 而下冲程泵阀被打开的瞬间, 又出现高压状态, 气化的液体又被液化, 形成瞬时真空, 产生气蚀现象。在液击和气蚀的频繁作用下使固定凡尔和游动凡尔失效。
1.3.2 游动凡尔罩脱断
游动凡尔罩在理想状态下, 所受的力为抽油杆本身的重力和其向上的拉力、泵筒与活塞之间的摩擦力、液柱的惯性载荷等, 凡尔罩在受到外力的综合交替作用下, 形成了两个以凡尔罩为支点的力矩, 这两个力矩在每个冲次中交替出现, 加速了凡尔罩的疲劳破坏, 尤其在活塞下行程时, 凡尔打开的瞬间, 高速高压的液流冲击阀球, 由于液流速度的不均匀和其他原因引起的振动, 使阀球运动偏离阀座孔轴线, 碰撞球室侧壁, 在凡尔球的反复冲击下, 3条筋处的圆柱形内孔变成椭圆形, 3条筋的壁厚变薄, 造成凡尔罩断裂;同时由于力矩的存在, 使拉杆和凡尔罩的结合处从过盈配合转化或部分转化为间隙配合, 导致拉杆从凡尔罩上脱开。
由于检测设备缺乏, 目前对抽油泵失效的鉴定手段较单一, 通过目测发现鉴定泵的柱塞都有不同程度的划痕, 这主要是由出砂造成。普通泵柱塞的结构决定了砂子只进不出, 砂子聚积轻则刮伤柱塞和泵筒表面, 增加漏矢量, 重则发生卡泵事故。造成抽油泵失效还有工艺配套不合理、泵筒与柱塞副材料选配不当、井身结构等原因。
2 应对措施
2.1 重视作业施工质量
从固定凡尔堵塞来说, 在下管柱过程中要注重对井口的保护, 雨雪天气尤为注意;在完井后不能单纯试压, 要按规定大排量洗井;作业监督要全过程、全方面的跟踪监督, 保证按要求施工。
2.2 改善固定凡尔材质
用碳化钨钢硬质合金阀座替代6Cr18Mo或9Cr18Mo阀座, 其硬度和脆性较6Cr18Mo或9Cr18Mo都大, 液量高 (大于60t/d) 的井, 由于阀球与阀座的撞击力大, 使用碳化钨钢阀座, 会因脆性大而易被阀球撞坏, 导致泵阀漏失。目前产液量大于60t/d的井很少, 适合用其代替原来的不锈钢阀座, 现在防腐泵用的就是这种材质的阀座。经过实践证明效果显著, 在鉴定的27台因固定凡尔刺漏失效的抽油泵中仅有1台防腐泵阀座刺漏。
2.3 合理调整抽油机工作参数
对于液击和气蚀引起的固定凡尔失效, 应优化抽油机工作参数, 合理下调冲次, 以便提高充满程度, 从而降低对固定凡尔的影响。同时减少了阀球与阀座的撞击次数, 延长了其寿命。
2.4 因地层因素影响采取以下措施
(1) 对井下抽油泵的表面材料和表面强化工艺进行优选, 提高泵对高含水、强腐蚀、出砂严重等恶劣工作环境的适应性。
(2) 改进常规泵柱塞衬套副的结构, 采用易排砂的结构, 在柱塞上设置螺旋防砂槽和导砂孔, 提高防砂和排砂能力, 减少砂卡、刮伤柱塞和衬套的可能性。
(3) 根据油井区块出砂程度制定单井防砂措施, 利用化学固砂、复合防砂和高效防砂管等新工艺、新技术, 减少出砂, 改善井下设备的工作条件。
(4) 向含水高的井管柱中加缓蚀剂, 减轻对固定凡尔的腐蚀。建议采油厂开展单井缓蚀试验, 并对单井缓蚀与泵站集中缓蚀进行效益论证, 探索单井缓蚀的方法。
3 改进抽油泵的工具配套
3.1 防堵塞固定凡尔
固定凡尔分为旁通式和内口袋式, 分别适用于全井和分层生产。在管杆下井过程中, 上部沉淀物落到固定阀罩上, 通过环空沉淀到尾管内。在抽汲过程中, 柱塞做上下往复运动, 上冲程时活塞的游动阀关闭, 固定阀球开启。柱塞将泵上腔室液体排至泵上油管内, 同时, 井内液体在泵入口压差作用下经旁通入口进入并充满泵下腔室, 下冲程时, 固定阀关闭, 游动阀开启, 泵下腔室的液体经游动阀转移到泵上腔室, 柱塞往复运动便将井液不断地抽汲到井口。尾管和丝堵构成泵的密封腔室, 必须保证其密封性。
3.2 活塞上罩改进
上述分析显示出油孔三条筋为上阀罩发生磨损断裂的最薄弱环节, 因此, 改变其受力状况的结构设计为最有效的解决方法, 针对活塞上罩强度低极易在凡尔球反复冲击下变形的缺点, 将凡尔球活动的球室与出油口分开, 加厚加长出油口处的管壁, 使凡尔球回落时间减少, 这样既保证活塞上罩的强度, 又提高了泵效。
3.3 泄油器的改进
多年来, 泄油器两端为公扣, 组装抽油泵时程序复杂, 密封点增加, 受油管接箍质量、密封胶性能等因素的影响, 使抽油泵密封性能下降。有时在地面试压不漏, 而在井下长期受地层压力、温度的影响下, 造成渗漏, 从而造成作业返工。为此对其进行了改进, 将公扣改为母扣, 一体式结构, 减少密封点两个, 从而简化了组装程序, 提高了质量。
3.4 柱塞的改进
在抽油作业中, 柱塞做上下往复运动。原油中一般富含砂粒或岩屑, 普通泵柱塞由于结构特点, 砂子只进不出, 砂子的聚集引起这对摩擦副局部严重磨损, 有时还会因磨损和发热发生胶合, 甚至出现卡泵现象。为了避免以上问题发生, 采用螺旋阀罩式和螺旋柱塞式两种单向间歇转动的旋转柱塞较为有效。
工作原理:
柱塞下冲程时, 固定阀关闭, 迫使泵筒内的原油通过柱塞上部的游动阀罩流出柱塞总成。由于阀罩的出油槽为螺旋形, 原油向上流动的速度在这些槽的上边缘分解出一水平分速度, 从而对阀罩产生转矩。螺旋柱塞通过上部柱塞的螺旋形出油槽, 对阀罩产生转矩。槽阀罩与柱塞为刚性连接, 当柱塞向下运动, 螺旋槽阀罩往外排油时, 柱塞与螺旋阀罩一起相对于泵筒转动, 转动方向与螺旋槽的旋向有关。柱塞在上冲程期间, 没有原油流经阀罩, 不产生转矩, 柱塞不转动。故在整个抽油过程中, 柱塞仅在下冲程期间间歇单向转动, 从而使泵筒与柱塞均匀磨损。
4 结论
特种抽油泵 篇5
关键词：抽油泵,正常运行,失效原因,控制对策
1 抽油泵的结构与正常工作条件
普通的抽油泵大致由四部分组成:泵筒、吸入阀、活塞、排除阀。在原油开采中, 由于井下作业条件的特殊性, 抽油泵增加了固定阀、阀球、阀座和阀罩等专业装置。抽油泵的失效通常与这些构成部件紧密相关。
首先, 一台运行良好的深井抽油泵, 需要对各部位进行严格密封, 保证在工作时对原油的正常吸入与排出。其次, 必须时刻保持泵内液体的饱满度, 一旦泵内检测到气体的出现, 应立即停止机器运行, 及时排除气体。否则在高压强条件下可能会使泵筒断裂甚至发生爆炸。再次, 应使活塞的有效冲程尽量长。在有效的活塞冲程距离内, 相同条件下, 较长的活塞冲程可以增加原油的吸入与排出量, 减少抽油泵的工作频率。最后, 为了防止撞击固定凡尔, 还应调节好防冲距。
2 抽油泵失效原因分析
2.1 抽油泵断失效原因分析
抽油泵工作过程中出现断裂, 通常分为两种情况:柱塞上游动阀罩断和上接头断。前面提到, 抽油泵处在高压强的条件下运行, 经常处于超负荷工作状态, 在此种状态下, 油泵内部的活塞上接头受到压力最为明显。近年来, 随着生产工艺的不断改进, 许多零部件的性能和质量都有了较大的改善, 部分企业在进行油泵部件更换过程中, 忽视了新零件与原有设备的磨合度, 导致新旧设备的不对接, 在受到油泵内部液体的压力冲击后, 就会出现部件之间的空隙, 导致气体的渗入。当气体值达到油泵的承载上限, 就会引起抽油泵筒的断裂事故。
造成抽油泵断的原因与加工工艺, 泵的自身质量, 安装方法也有较大关系。通过相关报道了解, 某采油厂的合作企业由于在设备的生产过程中使用了不规范的测量标准, 导致出厂的零件没有达到采油厂的原有要求, 在后期的材质热处理过程中, 质检人员对发现的问题没有及时上报, 致使该采油厂不得不中止采油工作, 造成了巨大的经济损失。
2.2 抽油泵脱失效原因分析
抽油泵脱扣部位主要是游动阀罩脱扣和固定阀压紧接头脱扣。这里所说的游动阀罩脱扣与上面提到的柱塞上游动阀罩断不同, 此类问题通常是由油泵的防冲撞距离设置不合理造成的。经过相关实验测试, 油泵的防冲撞的最大距离应不超过本身有效长度的三分之一, 距离过小就会使游动阀罩受力不均, 造成游动阀罩的脱落, 严重的还会发展破裂现象。距离过大则会导致滑杆和上游动阀罩的结合处从过盈配合转化为间隙配合, 导致抽油泵的失效。
另外, 抽油泵的正常工作需要杆柱的相互配合, 如果杆柱出现磨损或匹配度不合适, 就会使柱塞在运行过程中受到的阻力变小, 极易滑动。遇到液体冲击后会使柱塞脱离泵筒, 引起上游动阀罩脱扣。
2.3 抽油泵漏失效原因分析
此类原因又可细分为两种:固定阀座受刺造成泵漏和压紧接箍的粘接工艺和螺纹加工技术上存在问题。
对于固定阀的使用标准有相应的行业规范, 严格按照规定所述生产使用即可。对于后者出现的问题, 需要在设备的对接过程中, 注意接头处的粘接工作, 务必做到高质量的密封性, 对接完成后, 应对部分样品做破坏性试验, 以确保能够在高压强条件达到完美密封。对于螺纹加工技术再次不做赘述, 国家出台的深井油泵设备管理细则都做了具体要求, 只要严格执行要求标准, 即可保证正常条件下的施工安全。
3 抽油泵失效控制措施
3.1 改进深井抽油泵工艺设计
原有的油泵虽然能够保持正常的工作, 但是对于目前原油开采的复杂程度已经很难完全适应。相关部门应在国家的政策支持下, 积极配合研发部门, 提供较多的抽油泵工作资料, 便于研发人员进行细节完善。不仅要在油泵的质量上做到提高, 还要在细节上进行优化。
3.2 加强抽油泵质量管理
由于油泵工作条件的特殊性和在采油过程中体现的重要性, 时刻维护和检修抽油泵就变得非常重要。尽快建立起一支专业能力强、综合素质高、吃苦耐劳的油泵维护团队, 利用现代高新技术, 将人工检修与电脑数据分析相结合, 对采集到的信息综合对比分析, 便于专业技术人员进行研究。通过专业团队对油泵质量的管理, 实现油泵的稳定运行。
3.3 加强采油设备的环境安全
通常来讲就是做好油泵内部和周围环境的清洁和保护工作。考虑到油泵所处环境的特殊性, 长期的原油污染会给油泵的正常运行带来危害, 严重情况时可能会使油泵阻塞或停止运行。在对油泵进行定期的安全检测时, 可以顺便进行简单的清洁工作。对于井筒较脏的油井作业时, 要求洗井。对于井下有落物或出砂的油井, 泵下要求接绕丝筛管, 防止脏物进入泵内, 采用防砂泵或双固定阀抽油泵。
4 提出的几点建议
4.1 为提高油井泵效, 油井应有足够的沉没度
4.2 相关原因开采企业应根据企业实际情况, 合理安排开采进度, 避免设备的超负荷运行。
4.3 注意泵筒的磨损程度, 筒壁厚度低于有关行业标准要做到及时更换。
4.4 深井抽油泵在入井前, 先要进行试泵工作。
4.5 做好抽油泵的固定工作, 避免因内部液体冲击和外力因素导致的位置错位。
参考文献
一种抽油泵收送车辆设计 篇6
抽油泵是有杆抽油系统中的主要设备, 通过抽油机、抽油杆传递的动力进行油井内液体的抽汲。在抽油泵装卸、运输过程中要小心轻放、不允许碰撞、掉落;严禁堆放及互相挤压, 以免弯曲变形;泵筒的护帽不允许损坏、丢失, 以防损害螺纹及砂、土、泥、水等物进入。因此, 正确、及时地用车辆把抽油泵运送到施工现场就非常重要。
2 目前存在的主要问题
目前, 国内各油田普遍采用的抽油泵运送车的结构为:底盘为东风 (尼桑、红岩) 加长货车, 车厢上铺钢板。钢板上设有若干固定抽油泵的轨道, 每个轨道有3~5组轴承座位支点, 各支点和支点上部的压紧钳配合, 成为一个固定点, 用来固定抬到泵车上的泵筒。
缺陷:遇到天气不好、井场 (夜间) 视线不好及现场人员少时, 泵的装卸非常费力;轴承座及压紧钳容易在泵装卸过程中被撞击变形、损坏;路途的颠簸容易损坏轴承支架。维护泵车固定装置占用了收送人员的很大精力。
3 新型滑道式车载装置设计方案
3.1 结构组成
抽油泵收送车辆及固定装置如图1, 压紧装置如图2。抽油泵收送装置主要由滑车4、滑道3、压紧装置组成, 如图3所示;压紧装置主要包括压板3、螺杆式立柱4、压紧压帽5等。
3.2 工作原理
整个抽油泵收送车的泵滑道呈“Z”字形;固定装置呈“∏”字形结构, 一端为轴套结构, 另一端为半开口式 (如图2所示) 。
(1) 装车时, 先将抽油泵的一端放到滑车4上, 滑车4在滑道3上缓缓前推移动, 如图3所示。移动过程中, 依靠前行力量抽油泵前端不断自行, 推开压紧装置的压板3 (若干个) , 如图2所示。
(2) 当抽油泵前端滑到“Z”字形折角处时, 抽油泵和滑车自然下落, 沉降后的滑车支撑高度和轨道支撑泵筒高度一致, 如图4所示。
1.滑道2.抽油泵3.压板4.螺杆式立柱5.压紧压帽
1.立柱2.抽油泵3.滑道4.滑车
(3) 固定装置压板3复位, 压紧螺帽5固定抽油泵, 如图5所示。卸车和装车动作相反, 松开压板后, 抬起后端, 拖动滑车和抽油泵外移。
4 结语
抽油泵收送车滑道采用单位废旧油管 (油田各采油厂常见) 焊接, 结构紧固、抗撞击力强, 既节约了成本, 又适合夜间视线不好时井场装车;滑轮小车轻便运行, 减少了装车时的摩擦阻力, 降低了收送人员的劳动强度;把泵体运送到指定位置后自然沉降, 增加了泵筒和滑道的接触面积, 使泵筒的夹紧更加稳固;夹紧机构采用侧开式压板, 螺杆夹紧, 操作简单, 维修方便, 大大减少了后期的维修成本费用, 仅此一项, 每年直接材料费用就节约9万余元。
该型抽油泵收送车辆使用起来简单易行, 可操作性强, 和作业现场使用环境非常吻合, 适合于国内各油田抽油泵修复单位学习和借鉴。
摘要：抽油泵在送到作业现场过程中受损、收送人员的劳动强度大等问题, 一直是国内各油田抽油泵修复单位探讨解决的技术难题。文中根据多年现场使用经验, 采用滑道式车载装置, 具有抽油泵质量无损、收送便捷、费用经济的特点, 值得大力推广应用。
特种抽油泵 篇7
关键词：单螺杆抽油泵,光杆密封,特制,唇形密封圈,改进
1引言
地面驱动单螺杆抽油泵是目前油田主要的井下机械采油的方式之一, 是近些年发展起来的采油工艺技术。地面驱动装置为地面驱动单螺杆抽油泵的主要设备, 为井下螺杆泵提供动力, 同时具有控制杆柱的反转和光杆密封等作用。地面驱动装置的光杆密封按照位于驱动装置的部位不同, 分为上置型和下置型。上置型光杆密封成为螺杆泵光杆密封的主要密封方式。光杆密封性能的优劣直接关系到油田的产能和环境保护。光杆密封器漏油严重[1], 一直是困扰油田用户的螺杆泵应用的问题, 一旦光杆密封的问题漏油, 会出现井液甩到整个地面设备上, 污染极为严重。因此, 上置型光杆密封必须结构合理, 密封可靠。通过对上置型光杆密封结构进行研究, 并提出改进措施。
2改进前上置型光杆密封及存在问题分析
改进前上置密封结构如图1所示, 位于地面驱动装置的最上端, 光杆从隔离套内孔通过, 上端通过方卡子和密封支撑套的上端扁方相对轴向和径向固定, 与密封支撑套之间为静密封, 光杆、密封支撑套、主轴一起同步旋转, 与静止的隔离套通过复合密封总成形成动密封, 实现对光杆的密封作用。
密封支撑套通过2个平键与主轴径向连接。为防止复合密封发生泄漏时井液进入减速箱, 唇形密封圈起到密封作用。经过分析, 这种密封型式存在以下问题: (1) 在密封支撑套和主轴上加工的键槽, 要求必须有较高的位置精度, 加工难度较大。 (2) 由于上置型光杆密封在油田现场应用, 环境恶劣, 密封支撑套和主轴的配合精度较高, 又有平键连接, 长时间运行容易锈蚀, 现场维修不容易拆卸。另外, 井下螺杆泵出现卡泵等异常情况下扭矩较大, 平键容易滚键, 光杆密封出现问题不易拆卸维修。 (3) 唇形密封圈直接与隔离套密封, 由于隔离套材质较软, 耐磨性差, 一段时间运转后, 隔离套磨出沟痕。唇形密封圈为耐油橡胶, 橡胶耐磨能力较差, 唇口会磨损严重。当复合密封发生泄漏时, 井液极易进入减速箱, 使齿轮油失效, 导致减速箱损坏。减速箱的损坏意味着整个地面驱动装置报废, 必须重视这个问题。 (4) 密封支撑套体积大, 浪费钢材, 加工成本高。
1.压套2.密封圈3.支撑环4.圆螺母5.密封支撑套6, 8.O环7.复合密封总成9.轴承10.键11.唇形密封圈12.隔离套13.定位螺钉
3改进后上置型光杆密封
1.压套2.密封圈3.支撑套4.六角螺栓5.弹簧垫圈6.圆螺母7.密封支撑套8, 12.O环9.复合密封总成10.主轴11.轴承13.保护套14.特制唇形密封圈15.隔离套16.定位螺钉
针对改进前光杆密封存在的问题进行更改, 如图2所示。静密封基本不变, 将密封支撑套与主轴之间采用卡口形设计, 结构如图3和图4所示。在主轴上端面开卡口槽, 在槽底面打螺栓孔, 用于与密封支撑套的连接。为保证开口槽的强度, 通过最大扭矩的计算, 确定槽的开口尺寸和主轴的外径尺寸。在密封支撑套上铣扁方, 尺寸与主轴槽配合。铣扁的位置要留出O环槽的位置。在密封支撑套上除打连接螺栓孔外, 还要对称攻螺纹孔, 便于维修时使用顶丝拆卸密封支撑套。通过改进将复合密封总成完全沉入主轴内孔中, 减小了密封支撑套的尺寸, 同时主轴的卡口槽和密封支撑套铣扁方易于机械加工, 减少了工艺和材料成本。密封支撑套和主轴通过六角螺栓拧紧固定。拆卸时只需要一个扳手即可。而改进前的结构拆卸密封支撑套需要专用的工具。
为防止唇形密封圈和隔离套的相互磨损, 采用了特制的唇形密封圈, 密封圈的基本结构包括:密封唇口、外壳、内壳、橡胶垫片, 密封唇口用聚四氟乙烯 (PTFE) 制成, 聚四氟乙烯具有自润滑功能, 同时还具有形状记忆功能, 使唇口永远压紧在轴表面[2]。油封的唇口上还设计有螺旋槽, 能够将外泄的井液送回密封腔内[3]。隔离套在与特制唇形密封圈的接触部位设计了保护套, 保护套采用20Cr Mn Ti材料, 经过渗碳淬火工艺处理, 提高了硬度和耐磨性。通过以上改进, 提高了密封部位的密封使用寿命。
4应用效果
这种光杆密封结构的改进, 已成功应用于螺杆泵永磁直驱驱动装置中, 现场应用体现了结构紧凑、性能可靠、维修维护容易的特点, 已经在大庆油田应用30余台, 最长免修期达到1000天, 得到了用户的认可。
参考文献
[1]张连山, 赵谪斗.地面驱动单螺杆泵使用中出现的问题及失效方式[J].石油机械, 1992 (4) :34-36.
[2]丁攀攀, 白骏烈.提高油封耐磨性能途径[J].橡胶工业, 2010 (4) :251-254.