趙天錄

（新疆油田公司 百口泉采油廠，新疆 克拉瑪依 834011）

0 引言

抽油泵是機(jī)械采油系統(tǒng)的主要設(shè)備，在我國(guó)約95%以上油井都使用機(jī)械采油。常規(guī)抽油泵的出油閥罩承載能力較低，容易發(fā)生斷裂。新疆油田百口泉采油廠有稀油井700 多口，每年發(fā)生出油閥罩?jǐn)嗔压收仙习倬危瑖?yán)重影響抽油泵的采油效果，增加井下作業(yè)的井次和采油成本。改進(jìn)出油閥結(jié)構(gòu)，增加強(qiáng)度和耐磨性，減少斷裂，是延長(zhǎng)抽油泵使用壽命的有效途徑之一。

1 抽油泵出油閥罩?jǐn)嗔言蚍治?/h2>

1.1 出油閥工作狀況分析

常規(guī)抽油泵有上、下兩個(gè)出油閥分別接在柱塞的兩端，上出油閥（開式閥）的主要作用為頻繁啟閉的單流閥和裝在活塞上端連接抽油桿與活塞的特殊接頭。抽油泵上出油閥是開式閥，內(nèi)受閥球直徑限制，外受泵筒內(nèi)徑限制。閥罩壁厚較薄且開有出油口，工作中泵閥不停地開啟與閉合，閥球與閥罩碰撞磨損，在閥球的反復(fù)沖擊下，出油口的3 條筋板壁厚減薄、抗拉強(qiáng)度降低，再加上井內(nèi)的腐蝕和砂卡等影響，發(fā)生斷裂。下出油閥是閉式閥，和上出油閥相比，徑向沒有開口，強(qiáng)度較高，因此抽油泵的下出油閥很少發(fā)生斷裂。

1.2 出油閥罩?jǐn)嗔言蚺袛?/h3>

通過對(duì)2008～2009 年度發(fā)生多起的閥罩?jǐn)嗔芽跈z查對(duì)比分析，總結(jié)斷裂原因大致有以下4 種類型：

1）磨損斷裂。斷口在閥球室3條筋中部，由于閥罩材料比閥球軟，在閥球的反復(fù)沖擊下，3 條筋處的圓柱形內(nèi)孔變成橄欖球形，斷口處內(nèi)徑明顯擴(kuò)大，3 條筋的壁厚減薄，抗拉強(qiáng)度降低（如圖1），磨損斷裂最短的記錄是8 個(gè)月，主要發(fā)生在泵徑φ44 mm 以下的小泵，約占斷裂總數(shù)的70%～75%。

2）腐蝕斷裂。斷口可在出油閥罩的任意部位，閥罩被腐蝕成蜂窩狀或多齒形貌，強(qiáng)度降低斷裂（如圖2）。部分油井腐蝕嚴(yán)重，每隔4～6 月就斷裂一次，一年修井2～3次。腐蝕斷裂約占斷裂總數(shù)的15%～20%，油井腐蝕現(xiàn)象近年有增多的趨勢(shì)。

3）疲勞斷裂。斷口大多在出油閥罩3 條筋上部?jī)蓚?cè)底部尖角處，屬多疲勞源的疲勞破壞，斷口處壁厚沒有明顯變化，可清楚地看到疲勞裂紋的發(fā)展區(qū)和粗糙的斷裂區(qū)（如圖3）。主要發(fā)生在泵徑φ44 mm 及以下的小泵，斷裂時(shí)該井大多存在卡泵（砂卡、水垢卡、蠟卡或其他雜物卡）現(xiàn)象，約占斷裂總數(shù)的5%。

4）使用不當(dāng)。日常管理不當(dāng)、長(zhǎng)時(shí)間碰泵、上罩變形、強(qiáng)度減低拉斷（如圖4），所占比例極小。

圖1 磨損斷裂

圖2 腐蝕斷裂

圖3 疲勞斷裂

圖4 使用不當(dāng)

以上4 種類型并非單獨(dú)影響泵閥壽命，大部分泵閥罩?jǐn)嗔咽且陨蠋追N原因共同作用的結(jié)果。

2 高強(qiáng)度閥罩的研制

2.1 閥罩改進(jìn)的兩個(gè)階段

2009 年第一次改進(jìn)，用閉式閥取代開式閥，另外設(shè)計(jì)一個(gè)“出油接頭”連接抽油桿，一臺(tái)泵由原來的“一開一閉”兩個(gè)出油閥改進(jìn)為“兩個(gè)閉式閥和一個(gè)出油接頭”構(gòu)成，即“雙閉式出油閥結(jié)構(gòu)”。在2010～2011 年的使用中，出油閥罩三叉處斷裂故障大大減少，有較好的效果。但隨著生產(chǎn)時(shí)間的延續(xù)，上閉式閥罩磨損斷裂故障逐漸增多，閥罩的強(qiáng)度和耐磨性能有限。

2011 年第二次改進(jìn)，重點(diǎn)考慮增加閉式閥罩的耐磨損能力，采用閉式閥強(qiáng)度好的特點(diǎn)和開式閥出油接頭的作用，把開式閥和閉式閥合二為一，在徑向尺寸有限的空間里，把閉式閥球室內(nèi)壁沿軸向均勻加工4 條棱筋，強(qiáng)化耐磨性；同時(shí)把閥罩出油口筋板加厚，并選用高強(qiáng)度不銹鋼材質(zhì)加工制造，成功研制出防腐蝕耐磨損的高強(qiáng)度出油閥罩，在2012 年申報(bào)并獲得國(guó)家新型實(shí)用專利（專利號(hào)ZL 2012 2 0498844.X）。

2.2 高強(qiáng)度閥罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及主要特點(diǎn)

高強(qiáng)度閥罩與標(biāo)準(zhǔn)出油閥罩相比，有以下幾處改進(jìn)：1）把閥球室從開式閥罩（圖5B-B 位置）轉(zhuǎn)移至閉式閥罩（圖5C-C 位置）內(nèi)，閥球室徑向沒有出油孔，因而強(qiáng)度增加，即使與閥球碰撞磨損，其壽命也比開式閥罩要長(zhǎng)；2）閉式閥球室內(nèi)壁設(shè)計(jì)成梅花狀結(jié)構(gòu)，4 條棱型筋板增加了閥罩內(nèi)壁的耐磨損性能，延長(zhǎng)了抽油泵使用壽命；3）閥罩出油口處不裝閥球，筋板加厚，增加強(qiáng)度；4）用高強(qiáng)度不銹鋼材質(zhì)加工，增強(qiáng)了抗腐蝕性能。

圖5 高強(qiáng)度出油閥罩示意圖

3 使用效果分析

第一次改進(jìn)的“雙閉式出油閥結(jié)構(gòu)”，于2009 年9 月陸續(xù)投入使用，2010～2011 年的檢泵井基本都在使用。高強(qiáng)度閥罩研制后從2011 年10 月陸續(xù)推廣使用，在2012～2013年的檢泵井中，雙閉式出油閥結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)度閥罩同時(shí)使用。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)閥罩與高強(qiáng)度閥罩實(shí)物對(duì)比

表1 閥罩?jǐn)嗔褦?shù)量統(tǒng)計(jì)表（井次）

1）2009 年閥罩改進(jìn)前，百口泉采油廠稀油開井?dāng)?shù)約700 口，閥罩?jǐn)嗔衙磕?00 井次以上，修井保質(zhì)期內(nèi)（6 個(gè)月）斷裂近10 口，6～12 個(gè)月斷裂30～40 口。

2）2010 和2011 年第一次改進(jìn)后，閥罩?jǐn)嗔丫陆档?0 井次/年以下，修井保質(zhì)期內(nèi)（6 個(gè)月）斷裂不到5口，6～12 個(gè)月斷裂井10 口以內(nèi)。

3）高強(qiáng)度閥罩已累計(jì)使用500 井次（其中新泵420臺(tái)，修復(fù)泵80 臺(tái)），最長(zhǎng)使用時(shí)間已達(dá)2 年，未發(fā)生一起斷裂現(xiàn)象。部分油井已經(jīng)二次檢泵，有的閥罩內(nèi)棱筋已經(jīng)磨平，有的棱筋尚未磨平，還可以繼續(xù)修復(fù)使用。2012 和2013 年，閥罩?jǐn)嗔丫疁p少到20 井次以下，修井保質(zhì)期內(nèi)（6 個(gè)月）斷裂井為零，6～12 個(gè)月斷裂井1～2 口。

2013 年與改進(jìn)前2009 年相比，全年減少閥罩?jǐn)嗔?00 井次以上，節(jié)約修井費(fèi)用約280 多萬元（稀油井平均檢泵費(fèi)約2.8 萬元×100 井次）；與第一次改進(jìn)后的2011 年相比，年減少斷裂約30 井次，節(jié)約修井費(fèi)用約80 多萬元。

4 結(jié)論

高強(qiáng)度出油閥罩與常規(guī)閥罩相比，加工費(fèi)用增加不大，節(jié)約生產(chǎn)成本效果顯著。不僅提高了抽油泵出油閥罩的抗拉強(qiáng)度和防腐蝕、耐磨損能力，在新疆油田百口泉采油廠已經(jīng)使用了2 年500 多井次，未發(fā)生一起斷裂現(xiàn)象，較好地解決了常規(guī)抽油泵出油閥罩易斷問題，延長(zhǎng)了抽油泵使用壽命，節(jié)約修井費(fèi)用，有較好的實(shí)用性。高強(qiáng)度出油閥罩已在新疆油田公司各采油廠推廣使用。

［1］沈迪成，艾萬誠(chéng)，盛曾順，等.抽油泵［M］.北京：石油工業(yè)出版社1994.

［2］中國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T18607-2008 抽油泵及其組件規(guī)范［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［3］中國(guó)石油天然氣股份有限公司.高強(qiáng)度耐磨損抽油泵閥罩：中國(guó)，2012 2 0498844.X［P］.2013-03-27.

［4］趙天錄，張浩.抽油泵出油閥易斷原因分析與改進(jìn)措施［J］.新疆石油科技，2012（4）：45，50.