抽油泵固定阀故障治理的对策

张海东，赵见平，马存德，高兴旺，李 涛

（长庆油田第三采油厂，陕西 延安 717507）

一、前言

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：

图1 溶解气影响示意图

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：

即L=24.2mm。

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)。

表1 改进抽油泵固定总成使用效果统计

图2 固定阀罩示意图

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。

表2

图5 柳128-16日生产曲线

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。

表3

图6 柳136-17日生产曲线

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。

表4

图7 柳127-26日生产曲线

五、建议

鉴于目前阀座与压紧接头密封面刺漏多的情况，可以尝试将阀座与下接头采用一种工艺使其结合成一个整体，彻底杜绝此处的刺漏，或是在阀座上下平面加工凸台，在阀罩和下接头密封面上加工凹槽，改变平面密封为曲面密封，提高密封可靠性。