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水泵知識

柱塞抽油泵表面處理及防護工藝

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柱塞抽油泵表面處理及防護工藝
國內油田大部分已進入了高含水開發期,常規柱塞抽油泵是主要的采油方式之一。由于高含砂、高含水、高礦化度、高溫蒸氣稠油開采、注聚合物開采及強腐蝕的介質環境等因素影響,柱塞泵井平均檢泵周期越來越短,有的甚至不到30天就需要檢泵,嚴重影響油田開發。根據柱塞抽油泵的失效原因,如油井出水、出砂、易腐蝕結垢注入物的注入、礦化度高、井底溫度、出液介質腐蝕程度大、井身結構及柱塞抽油泵自身結構的不適應、柱塞與泵筒表面處理及表面材料不能滿足需求等,柱塞泵的防護方法也是多種多樣,主要有以下幾種:

泵結構的改變

     在出砂油井上,常規柱塞抽油泵經常出現砂卡柱塞、砂埋抽油桿、砂磨泵筒和柱塞等現象,使抽油泵過早失效。針對這些問題,泵研發者設計了長柱塞短泵筒防砂泵。在生產過程中,柱塞始終有一部分外露于泵筒,沉砂不易進入泵筒與柱塞之間的間隙,可避免停抽后砂卡或砂埋柱塞事故的發生,有效延長了油井的免修期。有些泵還增加一些輔助部件,如上下刮砂杯、功能接頭等,目的也是進一步防止砂在泵筒之間的沉積。

     自旋轉柱塞抽油泵可使柱塞在每一沖程中隨機轉動,不斷地改變柱塞與泵筒的接觸面,使柱塞圓周逐漸均勻磨損的同時將砂粒或結垢從柱塞與泵筒之間排出,解決了磨蝕材料聚集所引起的嚴重定位磨損及桿柱脫扣。

     為了達到防砂效果,還開發了無間隙密封抽油泵和活塞式抽油泵。

    改進柱塞上的溝槽形狀和溝槽的位置也能起到一定的排砂防砂效果。

    據統計資料表明,柱塞抽油泵上閥罩失效情況較突出,其失效形式主要為斷裂。發生部位有兩處:一是上閥罩出油孔處;一是拉桿與上閥罩連接處螺紋根部。為此又專門設計研制出了防斷上閥罩,以避免抽油泵工作時上閥罩斷裂。

      為了防止凡爾球和凡爾座之間的漏失,有些泵還設計有多個游動凡爾和固定凡爾。

     “真空”腔室式雙柱塞抽油泵是用來開采黏油和穩固黏性的油水乳化液,它是利用“真空”腔室當抽油機下沖程時造成對抽油桿柱和柱塞的向下作用力,以使它們產生向下的強迫運動。隔膜式抽油泵是用來開采含磨粒(如砂和機械雜質)以及含腐蝕性介質的原油,它是利用隔膜將抽油泵的工作元件加以保護,防止與含砂、含鹽和含腐蝕性介質的地層液相接觸,延長抽油泵的使用壽命。

泵材料和表面處理的改進

     一般襯套材料為20CrMo滲碳或38CrMoA氮化,也有45鋼電鍍鉻,柱塞選用碳素鋼鍍鉻處理。這種配合副不適應高含砂、高礦化度介質環境,從失效井的調查分析來看,配合副的保護層很容易在高硬度石英砂的磨蝕下被破壞,隨后發生嚴重的電化學腐蝕,造成保護層脫落,嚴重的還會造成卡泵事故。從目前油田實際狀況看,使用鎳基噴焊合金涂層的柱塞已經比較普遍,能部分解決上述問題,但對出砂嚴重或結垢嚴重的井,效果仍然不是很好。隨著表面處理技術和材料加工工藝的提高,不斷會推出新的柱塞與泵筒的材料和表面處理工藝,這時尤其要注意柱塞和泵筒的材料的優化匹配。安東奧爾工程技術有限責任公司即將推出的陶瓷特殊泵,將會大大提高柱塞抽油泵防砂、防垢、抗磨、耐高溫幾方面的性能。

     閥及閥座的材質大多數為3Cr13,少數為6Cr18Mo和9Cr18Mo。從現場應用情況看,其硬度、耐磨性及抗蝕性較差是造成固定閥刺壞、失效的主要原因。有油田用碳化鎢硬質合金閥座替代原來的6Cr18M,但要注意的是閥球密度變大后將增加油流進泵阻力和固定閥處的壓降。還有用陶瓷凡爾球和陶瓷閥座,陶瓷凡爾有時可能會開裂,使用中也要注意。

泵相關管串結構改變

    通過采用超高強度抽油桿柱,并在桿柱底部配置一定重量的加重桿,可以防止泵筒的彎曲,減少柱塞與泵筒的磨損。

加工制造工藝

   由于泵筒柱塞的加工、材料處理、組裝等環節存在差異性,相同規格泵的各種參數不可能完全一致,因此會引起多種意想不到的事故,加工過程中要加強質量監控。

其他措施

   諸如采用長沖程低沖次的參數匹配;選擇有充足供液能力的油井以及在保持相同泵效的情況下,大泵的沉沒度應略大于小泵等設計也能一定程度上延長泵的使用壽命。
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