柱塞式抽油泵失效原因是什么?

国内油田大部分已进入了高含水开发期,常规柱塞抽油泵是主要的采油方式之一。由于高含砂、高含水、高温蒸气稠油开采、注聚合物开采及强腐蚀的介质环境和井况差等因素影响,柱塞泵井平均免修期越来越短,有的甚至不到30天就需要检泵,严重影响油田开发综合经济效益的提高。每个油田导致柱塞抽油泵失效的原因有所不同,综合为以下几个因素:油井出水、出砂、注入物构成、矿化度、井底温度、出液的腐蚀程度、井身结构及柱塞抽油泵自身的结构、柱塞与泵筒表面处理及表面材料等。主要失效原因为:

砂粒在管柱内的沉降:油井出砂量大、含水高时,地层油中的砂粒混合在地层水中。由于不同介质的携砂能力是与介质的黏度成正比的,原油黏度远远大于地层水黏度,在相同流速下地层水的携砂能力差,部分砂粒会在重力作用下下沉,严重时会造成卡泵和砂埋。在泵还没有完全被卡死前,柱塞和泵筒的相对运动会导致柱塞表面和泵筒内表面的划伤,大量的划伤使泵效下降。

磨损和腐蚀双重作用:如果砂粒进入泵筒与柱塞之间,柱塞和泵筒表面磨损增加,如果表面层磨损后露出基体,由于井液介质的强电解性和弱酸性,芯部极易被腐蚀和磨损。另外,一般活塞两端的压差是7-14MPa,在高压差下,含砂液体会对柱塞和泵筒产生水力切割,加剧磨损。

柱塞和泵筒的结垢:如果注入水未经处理循环使用,加上目前有些油田纯注水已经不能满足采收率的提高而改用注聚合物等,使得井下产出液成分变得越来越复杂,矿化度越来越高,在柱塞和泵筒上结垢的可能性越来越大。当在柱塞和泵筒表面上垢的沉积变得致密,附着力变强时,危害就增大。有些区域普通的柱塞抽油泵捡泵周期由于结垢从300天缩短为30天。

抽油泵的结构:普通抽油泵在结构上无任何挡砂刮垢措施,而且柱塞端部有一个锥面,抽油泵在往复运动过程中,使得砂粒直接沉降到柱塞与泵筒间隙内,而且抽油泵柱塞上的防砂槽只具备挡砂和刮砂性能,对防砂槽沉砂的清除未考虑,在防砂槽存砂后,同样会造成塞泵筒磨损。

柱塞和泵筒的表面处理和材料选择:调查表明,抽油泵柱塞和泵筒表面处理工艺和材料的选择会显著改变抽油泵的使用寿命。柱塞和泵筒是一对摩擦副,有研究表明,柱塞和泵筒表面材料与砂粒之间的摩擦系数大小还会影响砂粒是否会卡在柱塞和泵筒间隙中。

凡尔座凡尔罩凡尔球的磨损腐蚀:抽油杆通过游动阀与活塞连接,活塞往复运动使得游动阀罩承载着大小不对称的变载荷应力,在阀开启闭合过程中,连续的撞击导致了阀内壁的磨损和疲劳破坏。凡尔罩作为井液的出口,由于改变了液流的方向,受到液流的冲刷和腐蚀,最终造成断裂失效。凡尔座由于长期受到液流和固体物的冲蚀,也会导致密封面失效。

柱塞和泵筒的间隙:柱塞与泵筒的配合属于往复运动的间隙配合。泵筒与柱塞的相对运动依靠配合面之间的微小间隙起密封作用,同时,这种微小间隙确保柱塞与泵筒之间始终有一定的液体漏失,起润滑和冷却作用。对一定的井况而言,泵隙是抽油泵重要的技术参数,泵隙的大小直接影响着抽油泵效率的高低,影响检泵周期。

井下管串偏磨与腐蚀:由于各种因素导致油管、抽油杆、扶正器抽油杆接箍等磨损和腐蚀,如果磨损和腐蚀产物如铁渣、油管涂层剥落物等沉积在泵上,造成卡泵和凡尔不密封后的漏失。

泵挂深度:油井泵挂的加深,会使得抽油泵承受的载荷增大,从而使得柱塞与泵筒之间的压力和摩擦力增大,井液对柱塞和泵筒液力冲刷也会增大,加上上述其它因素的作用,泵的失效会加快。

井身结构:由于泵筒长约4-9米左右,如果挂泵段井身不是垂直,如水平井,斜井或狗腿处等,则泵筒可能变形或柱塞和泵筒局部接触,也会加大柱塞和泵筒之间局部的磨损和腐蚀。

井下温度和压力:井下温度有间接影响,如影响柱塞和泵筒腐蚀速度,影响结垢的快慢,甚至影响泵筒变形难易等。

由上述可见,柱塞式抽油泵失效原因很多,应根据具体井况找出主要原因并采取相应的措施。

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