φ95mm有杆抽油泵失效分析及预防措施

φ95mm有杆抽油泵失效分析及预防措施

摘要根据胜坨油田近几年采用φ95mm有杆抽油泵提液的实践，分析了造成这种抽油泵失效的原因，包括与其配套的脱节器失效、抽油杆断脱、泵漏、电动机不配套和生产管理不善等。为增强泵的提液能力和工作可靠性，提出5 项预防措施：(1)选择有充足供液能力的油井；(2)在保持相同泵效的情况下，泵的沉没度应略大于小泵，推荐按450～500m设计；(3)采用H级超高强度抽油杆柱，并在杆柱底部配置一定重量的加重杆；(4)采用长冲程、低冲次的参数匹配，推荐光杆冲程大于5m，冲次小于6min-1；(5)为提高泵筒、活塞和阀座的防腐耐磨性，推荐采用“氧化锆阀球和阀座+喷焊柱塞+氮化泵筒”的结构形式。

主题词有杆抽油泵失效原因预防措施

Huang Richeng(Shengli Oil Production Plant, Shengli Petroleum Administration, Dongying City, Shandong Province). Failure analysis and precautions for φ95mm subsurface sucker rod pump. CPM, 1999, 27(3): 22～24

Based on the practice of the use of φ95mm subsurface sucker rod pump in Shengtuo Oilfield in recent years, the causes of the failure of the pump are analyzed, and relevant precautions are put forward: (1)selecting oil wells with sufficient fluid supply for pumping; (2)under the condition of the pump efficiency being the same, the submergence depth of the pump being somewhat larger than that of the small pump, and 450～500m being feasible; (3)adopting Grade H ultrahigh-strength rod string and fixing a sinker bar at the bottom of the rod string; (4)selecting long stroke and low pumping speed, and more than 5m stroke and less than 6min-1 pumping speed being recommended; (5)adopting zirconium oxide valve ball and seat ＋spray welded plunger ＋ nitrided barrel.

Subject Concept Terms subsurface sucker rod pump failure cause preventive measure

胜坨油田综合含水率已超过94%，在“八五”期间及“九五”的前两年，提液的主要设备是电潜泵。到1997年底，全油田有电潜泵井526口，日产液量123646t，占全部液量的79.8%；日产油量5832t，占全部油量的67.5%。随着采油成本控制意识的强化，“经济油”已成为油田开发的追求目标，因此，提液工艺的经济性也已成为决策者考虑的主要问题。胜坨油田在“七五”和“八五”期间开展了大量的φ95mm有杆抽油泵提液试验，但工艺的可靠性差、有效期短的问题一直未能根本解决。1988年，该油田扩大有杆抽油泵应用规模，通过对配套工具的改进，在增强提液能力和延长有效生产周期方面都取得了较好效果。

φ95mm有杆抽油泵应用水平评价

1998年初，通过推广使用压缩式泄油器，从根本上解决了泄油器失效问题；推广H级超高强度抽油杆，使下泵深度比“七五”期间增加200～300m；对脱节器材质和热处理工艺的改进，使有效生产周期延长了近50天。截止1998年5月，全油田共开φ95mm有杆抽油泵井42口，其中将电潜泵改为φ95mm有杆抽油泵的井25口，泵径升级井17口。42口井的主要运行指标如下。

(1)单井产量平均单井日产液量为146.4t，单井日产油量为 6.93t，综合含水率为95.26%。

(2)检泵周期通过对42口井中的15口作业油井解剖分析，作业30次，完整检泵周期为195天。

(3)主要技术指标采用“14型游梁机+H级超高强度杆”系统，平均泵深843.1m，最大下泵深度达到

1200m；平均动液面为443.0m，平均沉没度为400.1m；初期平均泵效为75.6%，当前泵效为69.8%；抽油机冲程利用率为95.6%。

失效分析

1.失效形式

通过对15口油井30次作业的解剖分析，φ95mm有杆抽油泵失效主要表现为：脱节器故障19次，占63.33%；杆断5次，占16.67%；泵漏4次，占13.33%；供液不足1次，占3.33%；活塞上阀脱扣1次，占3.33%。

2.失效原因

（1）脱节器失效脱节器故障是制约φ95mm有杆抽油泵发展的根本原因。从φ95mm 有杆抽油泵研制到推广应用，历时15年，先后试验应用过飞刀式、卡爪式、倒置式、螺旋式和自旋式5种类型的脱节器。飞刀式脱节器自锁装置可靠性差，早已被淘汰；倒置式脱节器下井一次成功率低于50%，目前也已停止使用；螺旋式脱节器（仿美）下井5次，发生母体断3次，主要是由于热处理质量不合格所致；自旋式脱节器只下井1次，出现对接困难问题，有待做进一步试验加以考验。

下面就发现的19次脱节器失效问题进行分析。

失效脱节器类型：均为卡爪式脱节器。

失效周期：平均为124天，最长的为306天（1次），最短的只有23天，其中100～200天的井占63.1%。

失效形式：有卡爪断裂和自动脱节两种。

归结起来，导致脱节器失效的原因有机械加工、沉没度小和腐蚀三大因素。

脱节器的结构设计不存在问题，造成失效的原因是加工厂家选用的材料性能差、加工精度低和热处理质量达不到设计要求。

小沉没度产生的液体冲击力缩短了脱节器的寿命。从压力与泵效的关系来看，沉没度在300m左右完全可以使泵效达到80%以上，但大泵抽油时柱塞下冲程与余隙空间内液面产生的“液击”不可忽视。根据统计，沉没度低于400m的井，下冲程开始时，示功图均有明显的冲击波浪线（如图1），井供液不足更严重。根据冲量定理，活塞下行时与泵内液体产生的冲击力，方向向上，其大小可表示为

F=m（v2-v1）/Δt=Hπρ（v2-v1）R2／Δt

式中F――活塞与液面之间产生的冲击力，N；

H――泵深，m；

ρ――混合液密度，kg/m3；

R――泵半径，m；

v1――活塞撞击液体之前的速度，m/s；

v2――活塞撞击液体之后的速度，m/s；

Δt――作用时间，s。

从上式可以看出，冲击力的大小与泵半径的平方成正比。根据文献［1］，液体惯性载荷与泵半径变化关系很大，如图2所示。又由于脱节器的上体与下体之间不是刚性联结，此部位是整个杆柱系统的薄弱点，在这种交变冲击载荷的作用下，脱节器的使用寿命会很快缩短。

图1 液击引起的冲击力示功图

图2 液体惯性载荷与泵径的关系曲线

310167井是坨21断块不稳定注水方案的受效井，自1997年3月28日下φ95mm有杆抽油泵以来，已发生三次脱节器失效。泵深在950～1038m，由于动液面下降，沉没度由