抽油泵一体式座封的优化研发及应用

吕小明 杨春（玉门油田机械厂吐哈三抽设备中心，甘肃酒泉735000）

0 引言

国内现有的采油系统大多采用抽油机、抽油杆、抽油泵组成的有杆机械采油系统。抽油泵及其组件则为机械采油系统中的核心组成部分，其损坏、失效的频次在整体检泵次数的占比达80%及以上。而因座封脱扣、泄露约战总检泵次数约为3%。座封（或称泵座）为抽油泵的核心组件之一，是作为杆式抽油泵，也是井下套管与油管较为重要的的一个密封点；是将油气举升的一个重要支撑点，因此，座封结构的强度和密封性能是座封的两个最重要指标。

1 座封优化的必要性

吐哈油田处于油气开发的中后期，油井比较深且各种施工措施如酸化压裂、氮气吞吐，天然气吞吐作业等措施，施工作业频率很高，而洗井，冲砂等措施不能彻底解决作业后的井底出砂问题，导致压裂砂、地层砂出砂特别严重，经常造成压裂砂、地层砂卡泵或直接堵塞充实泵筒，只能进行检泵作业。吐哈油田的稠油区块，尤其是鲁克沁区块，全部为稠油井，基本采取掺稀工艺进行开采。且井底出砂十分普遍，油砂分离一直是个难题。为了提高掺稀及沉砂效果，提高采收率，采油厂推广泵下加长尾管技术加强掺稀及沉砂效果，采油厂一方面采用进油处加装防砂管进行前期预防，一方面在井底加长尾管的长度，降低稀油与稠油的混合点，原油粘度越低，采收效果越好。现一般采用100～200 米尾管的管柱结构（约10～30 根2-7/8 油管，重量约为1.0～2.0 吨），对于供液充足的井，可以考虑加长至300 米（约10～30 根2-7/8 油管，重量约为3.0 吨，）。常规座封在使用期间发生过多起脱扣和泄露事故；采油厂要求优化改进座封的强度，以满足其使用要求。

2 常用抽油泵座封（泵座）的组成及特点，原理

常用的抽油泵座封由上接头、密封支撑环、下接头。油管接箍、密封接头组成，除密封支撑环外，其余组件用丝扣连接（见图1），连接扣型根据油井井况所选用的油管扣型而定。

图1 常用抽油泵座封（泵座）的组成示意图

抽油泵座封通过两端油管螺纹与油管连接在一起，随油管下到油井内的固定位置，与随后下井的抽油泵通过支撑密封环连接，起到密封与固定作用。

通常用材料为45#钢，调质处理后进行加工，由于材料及加工成本的原因，极少用铬钼钢制造。

3 常用抽油泵座封优缺点

（1）抽油泵座封的各部分组件制造工艺简单，连接节点较多，如螺纹冷尺寸加工或材料热处理不规范或不合格，容易造成粘扣、密封不严，严重时导致脱扣等重要故障，影响抽油泵的使用效率。

（2）常规座封螺纹连接节点较多，座封整体强度有一定的弱化。座封以下能够悬挂油管较少。对于出砂较为严重或井深较大的井，根据设计，要求座封下部沉砂管较多，常规座封因整体强度不够有脱扣或泄露风险，不能满足油井施工设计要求。在油气抽汲过程中，由于复杂的井况而导致抽油泵无规则摆动而容易造成脱扣、解封等故障，缩短了检泵周期。

4 优化后的抽油泵座封组成及特点

优化后的抽油泵座封由一体式接头、密封支撑环、内撑压环组成（见图2），上下接头改为一体式接头，只保留上、下与油管的连接部位，减少了座封部件之间的螺纹连接环节，能够有效提高座封的整体强度。用户可根据油管管柱的设计不同增加不同的变扣，满足其使用要求。

图2 优化后的抽油泵座封示意图

5 优化后的抽油泵座封优缺点

（1）一体式座封材料选用45#钢，粗钻后进行调质处理，调质处理后平均硬度可达HRA55-65，成品表面采用磷化处理。除了密封环与一体式接头之间的螺纹，座封结构之内没有螺纹连接节点，因而整体强度较传统座封更高，在掺稀井及出砂油井井底能够加长沉砂管柱长度，有效减少脱扣、解封风险，满足油井的施工要求；根据采油厂提供的三口试验井数据来看（见表1），试验井掺稀试抽后状态良好，3个月检泵起管柱检查，井底加长尾管沉砂效果理想，一体式座封强度达到设计要求。

表1 采油厂提供的三口试验井数据

（2）一体式座封为圆钢整体加工而成，螺纹连接点仅为上下油管连接处2 处，较原有的常规座封（5 处）的螺纹连接点少三个，因螺纹损坏而导致泄漏的可能性大为降低。又通过优化密封环的固定连接部位的结构，密封环以下的加长部分对抽油泵的泵筒起扶正作用，能够有效避免因抽油泵在井底无规则晃动而造成的座封解封现象。以上一系列的结构优化减少了座封潜在的泄漏点，密封性更强，大大降低座封处泄漏的风险。

（3）一体式座封通过优化整体结构，用料及加工工序大大减少。与普通座封相比，缩短了零件加工周期、减轻劳动强度，降低生产成本。

（4）一体式座封整体结构原因，内撑压环及内部螺纹加工精度要求更高，热处理工艺及加工难度较大，对于操作人员的加工水平或加工设备要求更高。另外，一体式座封在水平井中的应用与普通座封相比较没有优势。

6 一体式泵座的应用统计及使用效果

表2 （请作者修改，或者取消该表）

产品研发出来以后，前期选择鄯善区块、玉东区块3口掺稀且出砂严重的油井，结合玉门油田机械厂生产的特型抽油泵（Φ 38普通杆式重球泵、Φ38单阀重球防砂泵等）进行试验，试验结果显示良好。之后，我们向吐哈油田其它重点区块进行了推介说明，逐渐向其它重点油井推广使用。通过追踪近三年来一体式座封使用情况，一体式座封没有发生脱扣或者泄露的情况，掺稀和沉砂效果良好，有效延长了检泵周期，检泵周期从原来的3～6个月延长至6个月以上，证明一体式泵座的研发是有效的，成功的。

综上所述，与传统的组合式座封相比，优化改进后的一体式座封的强度及密封性优于普通组合式座封，能够满足油田高出砂井、掺稀井的使用要求，有效减少因座封脱扣、泄露的检泵次数，降低了作业成本。