出砂油井抽油泵砂卡的原因分析及对策探讨

摘 要：目前使用的普通抽油泵在结构上具有一定的缺陷，例如无防沉砂作用，砂粒磨损阀座、阀球及柱塞，这些缺陷造成了泵漏，在很大程度上降低了采油举升效益。因此，本文针对油井出砂的问题，对抽油泵砂卡机理及原因进行了分析，提出了应对砂卡的策略，以提高泵效，并延长油泵寿命，进而提高采油举升效益。

关键词：油井；抽油泵；砂卡；对策

油井的含水量逐年上升，而且由于开发的不断深入，地层的压力逐渐下降。放大压差生产，造成地层出砂愈加严重，维护作业的工作量也日趋上升。由于生产周期延长，且防砂体系的破坏程度日益加剧，所以因出砂导致油井躺进的数量比较大。目前，油进出砂严重的现象已经成为其开发过程时的一大难题，这不仅使油井的维护成本增加了，还影响了油井的顺利生产，严重制约着油井的经济效益。因此，对抽油泵砂卡的原因进行分析，并提出相应对策加以解决是极为迫切的。

1.影响有杆泵抽油井免修期的原因

1.1.泵漏

泵的漏失通常有两种形式，即密封间隙漏失与进出油阀漏失。其中，密封间隙漏失的原因主要是常规泵筒结构和泵柱塞设计不合理。

泵筒和柱塞间是间隙动密封，密封副表面毁损与间隙加大是导致泵漏的关键。从实际使用情况分析，泵筒和柱塞的腐蚀与磨损是间隙加大的最直接原因。用于出砂和高含水油井上的抽油泵，其危害最大的是划伤磨损及砂粒碾磨磨损。

划伤磨损与碾磨磨损是因为常规泵的结构缺陷：常规的柱塞在其上方形成拥有两个台阶的阶梯轴结构，在其直径的方向上比柱塞密封段分别大约细0.5毫米和1毫米。若柱塞上行，在柱塞上下的压差作用下，泵筒和两个台阶的环形间隙别容易沉积砂粒，而且流体不易将其冲刷掉，会有越挤越紧，造成柱塞自锁的趋势。这时，砂粒对柱塞和泵筒的正压力特别大，足够把镀铬或者其他强化层破坏掉，这样便形成所谓的划伤磨损及碾磨磨损。

现在普遍使用的表面强化方法，例如镀镍磷、镀铬等，其镀层自身的材料在含水很高的油井中的抗化学防腐性能还是非常好的。不过因为泵筒或柱塞会有划伤、磨损的情况，其在被划伤机体处，容易发生电化学腐蚀与化学腐蚀，这会加剧不耐化学腐蚀基体的损坏，最后导致腐蚀磨损，抽油泵在腐蚀与出砂双重作用下的使用寿命就更短。

1.2.砂卡

砂卡不仅是砂影响比较严重的结果，还是砂影响最为显著的表现形式。砂卡主要是因为泵的结构不是很合理。普通泵柱塞的阶梯轴状的结构是导致砂卡的最根本原因。在台阶处一般是圆滑过渡，然后再经过砂粒磨损，和泵筒之间就会形成一个楔形的间隙，如果楔角小于自锁角，楔形环空中的较多砂粒便会使柱塞自锁导致无法上行，从而形成砂卡。

1.3.杆管偏磨

杆管偏磨虽然不是一些油井作业的最直接原因，可是由于含水量的增加，杆管偏磨的问题也越来越严重，部分区块甚至表现的特别严重，即使在直井中，杆管偏磨的现象也会出现。例如1997年7月，胜利油田的东辛采油厂因为杆管偏磨更换5200米油管，6238米抽油泵，其费用高达54万元，由此可见，杆管偏磨造成的损失是极大的。其主要原因有以下三种：

1.3.1.杆柱弯曲。

当杆柱下行的时候，柱塞下行遇到阻碍，使底部的杆柱受到压力，因而出现振弦弯曲或者螺旋，这便会增大杆管间的正压力，再加上采出的液体含水量较高，杆管之间的环境就变的很差，以及井液腐蚀更会加剧磨损。底部杆柱承受的下行阻力由三部分组成：泵筒和柱塞的半干摩擦力、井液对抽油杆生成的静压力以及采出的液体流过出油阀时的水力阻力所生成的向上的作用力。常规柱塞出油环空的截面积只有柱塞截面积的三分之一到五分之一，这个地方的油流速度为柱塞下行速度的三到五倍。又知道，流体摩擦阻力和其相对速度的三次方成正比，即这个地方的节流损失会增加二十七到一百二十五倍。

1.3.2.油管弯曲。

在部分油井中采用机械座封式封隔器进行分层开采，以使油管受压，发生弯曲。这对于抽油杆而言，直井就变成了“斜井”，当杆柱上行时，就会产生偏磨。

1.3.3.杆柱设计不合理。

常规井的杆柱设计（除大泵井外）都存在比较大的问题：一是只考虑了强度，却忽略了底部杆柱受压的问题；二是在杆柱受力分析上，没有考虑液体对杆柱底部的作用，致使计算出的杆柱底部受力比实际受力低很多。按照测算，若下泵的深度是1500米，底部是19毫米的抽油杆，则其底部的抽油杆所受液体静压力约为4000N。因此，对抽油杆进行受力分析时，一个如此大的力是必须要考虑的。可见，过去的杆柱设计不但会造成杆管偏磨，而且还容易导致杆柱断脱。

2.使抽油泵寿命延长的对策

2.1.优化杆柱组合

以前杆柱的优化设计软件需要遵循的原则是：使直径不同的抽油杆所受的应力相等，也就是等寿命设计，未考虑到杆管的扶正与偏磨问题。所以应该在考虑杆管偏磨的条件下，研发新的优化设计软件，不仅保证其承载力，还能够降低中和点的位置，从而大大减小底部杆柱承受的压力。而且当油井的杆管偏磨很严重时，尽量少使用或者不使用机械座封的封隔器，以防杆柱弯曲。

2.2.特种抽油泵

特种抽油泵是根据不同油井的情况而研发的性能特殊的抽油泵，所以具有很强的针对性。通过对不同油井的特点分析，选用相对应的特种抽油泵，便可以达到意想不到的效果。

2.2.1.抽油泵能够防砂埋。

添加一个环形的治砂通道，在抽油泵的下方连接一段治砂尾管，然后把泵沉降的砂粒，经过泵的外环空存在治砂尾管里，这样就可以避免砂埋抽油泵柱塞。

2.2.2.抽油泵密封副的减磨技术。

换句话说，就是使进入密封副的砂粒减少的技术。一是采用短泵筒和长柱塞的结构设计，通过长柱塞运动及压差作用使砂粒进入密封副的机率降低。二是利用等径柱塞，并使柱塞表面为相同标准直径，延伸至油流通道。如此，泵筒与柱塞间的砂粒沉积空间就没有了，在柱塞做反向运动的时候，泵壁刮掉的砂粒会被液流携带，并排出井筒外。

2.3.抽油杆的加重技术

合理地利用加重杆，可以改善下部的杆柱受力情况，从而使杆、管偏磨减轻，断脱事故减少。

总结

因为常规的抽油泵不适用于出砂的油井结构，因此需要对常规的抽油泵进行优化设计，在成本不增加的前提下，使抽油泵的性能得到提高。抽油泵的可靠性与工作性能是制约有杆泵抽油井免修期的重要因素，所以广泛应用特种抽油泵与其配套的工艺新技术是使抽油泵井生产周期延长、经济效益提高的有效途径。

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