关于弱碱体系三元驱抽油机井防垢泵结构优化与设计研究

【摘要】我们和大庆采油三厂合作研发并应用了弱碱体系三元驱抽油机井防垢泵。该泵是在弱碱三元复合驱采出井结垢机理研究的基础上进行的，以泵产量和泵效作为优化目标，优化泵的结构和材料，旨在降低检泵率和生产成本。

【关键词】防垢，检泵周期，结构优化

大庆油田进入中高含水开发后期，作为三次采油的接替技术——三元复合驱油成为提高采收率的一项重要技术措施，但随着采出液中聚合物浓度、弱碱浓度和表活剂浓度的升高，造成三元复合驱抽油机井检泵率升高，缩短了检泵周期，增加了检泵费用，严重影响了三元复合驱的正常生产。在调研中发现2012年最短的检泵周期下降为236天。因此，开展弱碱体系三元驱抽油机井防垢泵的研制、试验，以延长检泵周期，采取针对性的防治措施，对于稳定油田生产具有非常重要的意义。

一、防垢泵特征及设计原则

1.特征：

防垢泵是在结合弱碱体系三元驱结垢机理、整筒抽油泵原结构的基础上研制的。其具有以下特点：

（1）柱塞中间由多个金属弹性密封环和软密封环组成密封段;

（2）具有清防结垢、消除卡泵的问题;

（3）延长了抽油泵的使用寿命。

2.设计原则：

首先，结合项目先期实验结论——影响结垢的因素，在此基础上，通过改变其中结垢因素使不能形成垢或延长形成垢的时间，研究出三元复合驱弱碱体系下防垢技术，使之在保证泵效的前提下，能维持整个抽油机井采油举升正常运行。

其次，采用新技术、新材料，优选表面涂层防垢材料及涂层技术，改变由于常规材料的局限性。

另外，科学地优选泵的结构参数，使之适应三元复合驱弱碱体系下生产环境。

再次，预计除垢泵的技术指标为：平均单井检泵周期达到370天;平均单井泵效达到50%以上;研究适合清垢的泵的结构，以达到清垢的目的。

二、结构优化设计

1.柱塞整体应用软体密封，密封段采用高分子软体聚织物材料 （或聚四氟改性材料）;柱塞中间由多个金属弹性密封环和软密封环组成密封段。金属弹性密封环表面采用喷镍合金，表面硬度大于HRC60°，是非闭合的金属环，径向有一定的压缩量，不会被卡死，同时，金属弹性密封环在运动过程中也能起到刮垢的作用;软密封环为聚四氟乙烯材质，与泵筒是非金属与金属的一对摩擦副，不易结垢，既保证了密封性，又提高了耐磨性;柱塞两端装有刮垢环，由硬质合金制成，当柱塞往复运动时，刮垢环紧贴泵筒内壁上下刮动，刮下来的垢可随螺旋槽被油流带走。另外柱塞内孔镀硬铬。

在泵柱塞上部除了设计刮垢环之外，还设计了液柱密封阀，由支撑台阶、环形密封活塞、密封盘根等部件组成，密封阀固定在泵筒上部密封短节上，在上下冲程时可起到密封上部油管内液压的作用;

2.泵筒应用密封补偿技术，在密封段内安装密封补偿器。

自动补偿式密封泵筒由上下对称的两个密封段组合而成。密封段由外向内依次装有导向刮砂环、自动补偿金属环和自动补偿非金属环。导向刮砂环（起到刮垢作用）：由硬质合金制做的导向刮砂环，与柱塞配合间隙很小，由于非金属环受到刮砂环和金属环的作用，起到了刮垢、刮砂的作用。

泵筒内表面有厚度大于0.25mm的AOC合金涂层。涂层中弥散分布微米级碳化物颗粒。这种冶金结合力的AOC合金涂层具有超强耐腐蚀和抗磨损性能。

这样的配置使泵筒和柱塞的耐腐蚀性能和抗磨损性能大大提高，有效地延长了抽油泵的使用寿命。

3.扶正体采用高分子改性材料，扶正体具有扶正、密封、防垢三重功能;

4.采用高分子改性材料直接加工柱塞，使柱塞不结垢。

5.阀罩、球座等关键零件部位均喷镍。过流部分采用流线型设计，能有效地减少阻力，防止悬浮物的凝结。

阀罩内壁涂层选用耐腐蚀性、耐冲击性优良的镍基合金AOM-150，基体45#钢。阀球采用整体铸造的特种硬质合金（碳化钨）制成，硬度大于88，密度是普通阀球的2倍，对高粘度原油、强腐蚀、强磨损的井下介质具有理想的适应性。阀座采用40铬钨钴合金制成，其硬度大于65，耐腐蚀性和抗磨损性能优异。

6.结构优化数据：泵基本形式：25-175;（泵径）公称直径mm：44;基本直径mm：44.2;柱塞长度m：1.5;加长短节长度m：0.9;联接油管外径： 60.3或73.0;柱塞冲程范围m：0.6～6;泵常数（m2）：2.235;连接抽油杆直径（mm）：19。

三、现场应用情况

在13年8月份下井应用7井次，从生产情况看，该泵在结构上改进后增加的清防垢功能并不会影响泵的正常生产，排量能满足生产需要，最长的检泵周期已达488天，平均检泵周期为426天，较原来延长120天。平均单井泵效达到66.2%。减少了因油井作业造成的能耗和产量损失，对于今后油田实施低成本战略，提高油田开发效果，具有广阔的推广应用前景。

参考文献：

[1]温淑新，杨建平等.前大油田腐蚀结垢的原因及对策[J].腐蚀科学与防护技术，2002，14 （5 ）

[2]陈仕宇等.弱碱三元复合驱结垢分析及除防垢技术研究[J].大庆石油地质与开发，2006，25（1）

[3]王建斌等.三元复合驱油井除、防垢[J].清洗世界.2013，7期

黑龙江省教育厅高职高专院校科学技术研究项目【项目编号12535012】

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