论文部分内容阅读
【摘 要】在我国许多油田的油气开采工作中，杆式抽油泵使用较多，它不仅具有操作简便、适应性强等优势，并且可整体随抽油杆下入油管中，检泵作业不必提油管，对油管具有较好保护作用。但是，在一些高油气井、深井的实际使用过程中，杆式抽油泵的工作性能仍有待提高，需要对其结构进一步进行设计优化，构建工作性能更强的特种杆式抽油泵，提高在含砂、气严重以及稠油油井中的工作效率。本文介绍分析了我国目前所使用的杆式抽油泵，并在此基础上，对特种杆式抽油泵结构设计进行了研究。
【关键词】抽油泵；特种杆式；结构设计；优化
目前，杆式抽油泵在许多国家的油、气开采过程中得到了广泛应用，在工作的过程中，杆式抽油泵可整体随抽油杆下入油管中，检泵作业不必提油管，作业方便、质量可靠、能很好的保护油管，适用于斜井、低液面井。同时，杆式抽油泵本身还具有气锚作用，对于含砂和黏度较大的井也比较合适,适应性强，经济效益良好。当然，随着科学技术、机械制作技术的发展，为了提高杆式抽油泵在含砂、气等油井的工作效率，我国正积极开展新型抽油泵研发工作，优化杆式抽油泵结构，研究、设计了一系列特种杆式抽油泵。特種杆式抽油泵在实际工作中的应用，使杆式抽油泵的密封锚定性能得以提高，更加适应在含砂、气等井况中的工作，逐渐扩大应用。
一、杆式抽油泵概述
（一）杆式抽油泵特点：杆式抽油泵具有质量可靠、作业方便等优势，在实际工作中，其具有以下特点：第一，在下抽油泵作业过程中，整体随抽油杆下入油管中，无需使用下油管，检泵作业不必提油管，操作更加方便，相应减少了占井时间，并省去了油管的上卸扣操作环节，以此可使油管螺纹发生漏失的现象得到有效避免，方便油管维护，相应减少了工作量，使油管利用率得以提高。[1]第二，在实际工作中，需要根据油井状况，更换不同泵径的杆式抽油泵，而在更换过程中，不会对油管柱产生影响。第三，围绕某个固定装置，泵筒可进行摆动，此特点使杆式抽油泵适应于在斜井中的工作。第四，受力分布平衡，减少尾管重力对泵筒的作用，提高泵筒受力性能，适应于在深井中的工作。第五，具有多样化的结构，以供不同情况的选择适应。
（二）杆式抽油泵在不同油井中的使用：在对杆式抽油泵进行设计的过程中，结合具体的使用经验、井况情况，合理调整、优化结构，增强使用的针对性，在具体设计时，应严格遵守以下设计原则：首先，对于深井而言，在进行杆式抽油泵选择时，应采用具有底部固定特性的抽油泵，这样便可通过固定阀，使其承受的液柱重力作用于油管上，并使泵筒内外承受相同压力，平衡泵筒的受力分布，防止间隙增大。与油气分离器或气锚连接下井使用，可维持油管弹性，减少冲程损失。[2]其次，对于含砂油井而言，对于杆式抽油泵的选择，适合使用动筒杆、顶部固定式，起到防砂效果。这类杆式抽油泵对泵筒与柱塞的配合间隙进行合理确定，并且顶部固定杆式泵在随抽油杆下入油管后呈自由悬挂状态，阀杆导向套可以冲掉积砂，以此防止砂卡柱塞现象的发生。在设计中，可用双阀结构设计固定阀球，以此提高阀副的坚硬度，防止砂粒击坏阀副现象的发生。同时，也可采用将挡砂滑块安装在杆式抽油泵上部的方式，在停泵时，防止泵筒内砂粒的进入。
再者，对于含蜡油井而言，在杆式抽油泵作业的过程中，油管易受蜡的堵塞，对起泵作业造成影响。这就需要定期清蜡，同时将1、2根大规格油管连接到抽油泵上部，这样，在起泵的过程中，可将泵提到油管内，方便对油井的清蜡。最后，在含气油井的作业中，适合的杆式抽油泵有大间隙式的、空心阀式的、滑阀式的等，通过加大柱塞与泵筒间隙，加大漏失量，以此减少气锁抽油泵现象的出现，提高工作质量。
二、特种杆式抽油泵的结构优化设计
（一）防砂杆式抽油泵： 为了进一步提高杆式抽油泵的工作效率，对其结构进行调整、优化，设计具有针对性的杆式抽油泵。为了更好的在含砂油井中作业，在杆式抽油泵的基础上，对其进行结构改进，增强防砂功能。其结构如图1所示，在结构调整与设计的过程中，对于整个防砂杆式抽油泵而言，主要包括进油沉砂接头（如图1中的3）、杆式抽油泵（图1中的2）、挡砂滑阀（图1中的1）等部件，并利用流线型流道设计、环空沉砂、侧向进油结构，这样，便可通过外管的环空与泵筒使砂粒进入到沉砂尾管内，以此使砂沉积于抽油泵中。[3]此外，将挡砂滑阀安装在抽油泵的导向套内，防止砂粒进入泵筒，同时采用等径柱塞结构，有效防止积砂，防止砂卡柱塞现象的发生。其结构如图1所示：
图1防砂杆式抽油泵结构图
（二）底部双金属密封杆式抽油泵
将一套常规机械密封支承安装在杆式抽油泵底部，并在底部装置一组泵筒柱塞密封副，以此形成底部双金属密封型式的杆式抽油泵[4]。密封型式具有不受油井温度影响的特点，并由于具有密封结构，在杆式抽油泵下井工作的过程中，有效防止皮碗磨损，确保抽油泵正常工作。
（三）双卡杆式抽油泵
对于双卡杆式抽油泵的结构设计，是依据原有的杆式抽油泵，将一套支承密封装置安装在原有抽油泵上，以此构成双支承密封装置，有效密封，使支承部位的可靠性得以提高。一般情况下，多采用底部双卡杆式抽油泵、顶部双卡杆式抽油泵、或两者的结合。
（四）防气杆式抽油泵
防气杆式抽油泵主要是为了适用含气油井作业，常采用的结构有中空泵筒、滑阀结构等。在结构设计的过程中，利用一段内孔较大的加长管将两根泵筒进行连接，以便在使气体聚集在加长管中，这样，在杆式抽油泵下冲的过程中，利用加长管结构，使柱塞运行至加长管时，将加长管内所聚集的气体排放到泵筒至油管的空间区域内，减少气体在柱塞、泵筒内的聚集，以此起到防止气锁现象发生的作用。同时，也可将滑阀结构安装在杆式抽油泵上部，用滑阀承受液柱重力，使柱塞游动阀的开启灵活，确保作业的正常进行。其中，中空泵筒防气装置如图2所示：
1、上泵筒；2、加长管；3、下泵筒
图2 中控泵筒结构的防气杆式抽油泵
（五）防喷杆式抽油泵：在杆式抽油泵工作的过程中，为了防止原油外溢，可在双卡杆式抽油泵的基础上安装防喷装置。对于该装置而言，可采用皮碗、顶部机械双密封的结构，并将杆式抽油泵的加长短节取消，加强零件强度。并使防喷装置与油管相连接，一起下到泵挂深处。此外，对于防喷装置而言，可采用阀座、阀球密封，将阀座置于阀球上面，并利用弹簧与扶正器，将阀座、阀球紧密连接，使其处于密封状态。[5]在防喷杆式抽油泵进入井内工作时，该装置便将井口与油层的连接通断阻断，有效防止原油溢出井口。
三、结束语
近几年，随着工业的快速发展，油井作业逐渐增加，为了提高工作效率、工作水平，杆式抽油泵的应用更为广泛，为作业带来便利，减轻了工作强度、节省了时间。另外，为了一进步提高杆式抽油泵的工作质量，对杆式抽油泵结构的优化已成为必然趋势。对防砂杆式抽油泵、双卡杆式抽油泵、防气杆式抽油泵、防喷杆式抽油泵等特种杆式抽油泵进行优化设计，提高杆式抽油泵的可靠性、适应性，能够更加方便各种类型井况的油井作业，使抽油泵工作效率得到大幅提升，不仅能降低能耗，更能提高油井的经济效益。
【参考文献】
[1]于新哉,王志明,王泽香,张久利,韦芳. 特种杆式抽油泵结构优化设计[J]. 石油矿场机械,2008,(12):71-74
[2]刘金,薛俊林,李媛,姚龙. 杆式抽油泵防喷器打开条件量化分析[J].石油矿场机械,2013,(07):85-87
[3]王百战,白文雄,张春新,张刘富,王毅理. 杆式抽油泵结构改进与应用[J]. 石油机械,2013,(10):93-95
[4]黄小钊.关于特种杆式抽油泵结构优化与设计研究[J]. 化工管理,2013,(22):157
[5]张艳红,庞亚谱,胡如意,包恒. 一种防喷杆式抽油泵[J]. 石油机械,2011,(08):48-49
【关键词】抽油泵；特种杆式；结构设计；优化
目前，杆式抽油泵在许多国家的油、气开采过程中得到了广泛应用，在工作的过程中，杆式抽油泵可整体随抽油杆下入油管中，检泵作业不必提油管，作业方便、质量可靠、能很好的保护油管，适用于斜井、低液面井。同时，杆式抽油泵本身还具有气锚作用，对于含砂和黏度较大的井也比较合适,适应性强，经济效益良好。当然，随着科学技术、机械制作技术的发展，为了提高杆式抽油泵在含砂、气等油井的工作效率，我国正积极开展新型抽油泵研发工作，优化杆式抽油泵结构，研究、设计了一系列特种杆式抽油泵。特種杆式抽油泵在实际工作中的应用，使杆式抽油泵的密封锚定性能得以提高，更加适应在含砂、气等井况中的工作，逐渐扩大应用。
一、杆式抽油泵概述
（一）杆式抽油泵特点：杆式抽油泵具有质量可靠、作业方便等优势，在实际工作中，其具有以下特点：第一，在下抽油泵作业过程中，整体随抽油杆下入油管中，无需使用下油管，检泵作业不必提油管，操作更加方便，相应减少了占井时间，并省去了油管的上卸扣操作环节，以此可使油管螺纹发生漏失的现象得到有效避免，方便油管维护，相应减少了工作量，使油管利用率得以提高。[1]第二，在实际工作中，需要根据油井状况，更换不同泵径的杆式抽油泵，而在更换过程中，不会对油管柱产生影响。第三，围绕某个固定装置，泵筒可进行摆动，此特点使杆式抽油泵适应于在斜井中的工作。第四，受力分布平衡，减少尾管重力对泵筒的作用，提高泵筒受力性能，适应于在深井中的工作。第五，具有多样化的结构，以供不同情况的选择适应。
（二）杆式抽油泵在不同油井中的使用：在对杆式抽油泵进行设计的过程中，结合具体的使用经验、井况情况，合理调整、优化结构，增强使用的针对性，在具体设计时，应严格遵守以下设计原则：首先，对于深井而言，在进行杆式抽油泵选择时，应采用具有底部固定特性的抽油泵，这样便可通过固定阀，使其承受的液柱重力作用于油管上，并使泵筒内外承受相同压力，平衡泵筒的受力分布，防止间隙增大。与油气分离器或气锚连接下井使用，可维持油管弹性，减少冲程损失。[2]其次，对于含砂油井而言，对于杆式抽油泵的选择，适合使用动筒杆、顶部固定式，起到防砂效果。这类杆式抽油泵对泵筒与柱塞的配合间隙进行合理确定，并且顶部固定杆式泵在随抽油杆下入油管后呈自由悬挂状态，阀杆导向套可以冲掉积砂，以此防止砂卡柱塞现象的发生。在设计中，可用双阀结构设计固定阀球，以此提高阀副的坚硬度，防止砂粒击坏阀副现象的发生。同时，也可采用将挡砂滑块安装在杆式抽油泵上部的方式，在停泵时，防止泵筒内砂粒的进入。
再者，对于含蜡油井而言，在杆式抽油泵作业的过程中，油管易受蜡的堵塞，对起泵作业造成影响。这就需要定期清蜡，同时将1、2根大规格油管连接到抽油泵上部，这样，在起泵的过程中，可将泵提到油管内，方便对油井的清蜡。最后，在含气油井的作业中，适合的杆式抽油泵有大间隙式的、空心阀式的、滑阀式的等，通过加大柱塞与泵筒间隙，加大漏失量，以此减少气锁抽油泵现象的出现，提高工作质量。
二、特种杆式抽油泵的结构优化设计
（一）防砂杆式抽油泵： 为了进一步提高杆式抽油泵的工作效率，对其结构进行调整、优化，设计具有针对性的杆式抽油泵。为了更好的在含砂油井中作业，在杆式抽油泵的基础上，对其进行结构改进，增强防砂功能。其结构如图1所示，在结构调整与设计的过程中，对于整个防砂杆式抽油泵而言，主要包括进油沉砂接头（如图1中的3）、杆式抽油泵（图1中的2）、挡砂滑阀（图1中的1）等部件，并利用流线型流道设计、环空沉砂、侧向进油结构，这样，便可通过外管的环空与泵筒使砂粒进入到沉砂尾管内，以此使砂沉积于抽油泵中。[3]此外，将挡砂滑阀安装在抽油泵的导向套内，防止砂粒进入泵筒，同时采用等径柱塞结构，有效防止积砂，防止砂卡柱塞现象的发生。其结构如图1所示：
图1防砂杆式抽油泵结构图
（二）底部双金属密封杆式抽油泵
将一套常规机械密封支承安装在杆式抽油泵底部，并在底部装置一组泵筒柱塞密封副，以此形成底部双金属密封型式的杆式抽油泵[4]。密封型式具有不受油井温度影响的特点，并由于具有密封结构，在杆式抽油泵下井工作的过程中，有效防止皮碗磨损，确保抽油泵正常工作。
（三）双卡杆式抽油泵
对于双卡杆式抽油泵的结构设计，是依据原有的杆式抽油泵，将一套支承密封装置安装在原有抽油泵上，以此构成双支承密封装置，有效密封，使支承部位的可靠性得以提高。一般情况下，多采用底部双卡杆式抽油泵、顶部双卡杆式抽油泵、或两者的结合。
（四）防气杆式抽油泵
防气杆式抽油泵主要是为了适用含气油井作业，常采用的结构有中空泵筒、滑阀结构等。在结构设计的过程中，利用一段内孔较大的加长管将两根泵筒进行连接，以便在使气体聚集在加长管中，这样，在杆式抽油泵下冲的过程中，利用加长管结构，使柱塞运行至加长管时，将加长管内所聚集的气体排放到泵筒至油管的空间区域内，减少气体在柱塞、泵筒内的聚集，以此起到防止气锁现象发生的作用。同时，也可将滑阀结构安装在杆式抽油泵上部，用滑阀承受液柱重力，使柱塞游动阀的开启灵活，确保作业的正常进行。其中，中空泵筒防气装置如图2所示：
1、上泵筒；2、加长管；3、下泵筒
图2 中控泵筒结构的防气杆式抽油泵
（五）防喷杆式抽油泵：在杆式抽油泵工作的过程中，为了防止原油外溢，可在双卡杆式抽油泵的基础上安装防喷装置。对于该装置而言，可采用皮碗、顶部机械双密封的结构，并将杆式抽油泵的加长短节取消，加强零件强度。并使防喷装置与油管相连接，一起下到泵挂深处。此外，对于防喷装置而言，可采用阀座、阀球密封，将阀座置于阀球上面，并利用弹簧与扶正器，将阀座、阀球紧密连接，使其处于密封状态。[5]在防喷杆式抽油泵进入井内工作时，该装置便将井口与油层的连接通断阻断，有效防止原油溢出井口。
三、结束语
近几年，随着工业的快速发展，油井作业逐渐增加，为了提高工作效率、工作水平，杆式抽油泵的应用更为广泛，为作业带来便利，减轻了工作强度、节省了时间。另外，为了一进步提高杆式抽油泵的工作质量，对杆式抽油泵结构的优化已成为必然趋势。对防砂杆式抽油泵、双卡杆式抽油泵、防气杆式抽油泵、防喷杆式抽油泵等特种杆式抽油泵进行优化设计，提高杆式抽油泵的可靠性、适应性，能够更加方便各种类型井况的油井作业，使抽油泵工作效率得到大幅提升，不仅能降低能耗，更能提高油井的经济效益。
【参考文献】
[1]于新哉,王志明,王泽香,张久利,韦芳. 特种杆式抽油泵结构优化设计[J]. 石油矿场机械,2008,(12):71-74
[2]刘金,薛俊林,李媛,姚龙. 杆式抽油泵防喷器打开条件量化分析[J].石油矿场机械,2013,(07):85-87
[3]王百战,白文雄,张春新,张刘富,王毅理. 杆式抽油泵结构改进与应用[J]. 石油机械,2013,(10):93-95
[4]黄小钊.关于特种杆式抽油泵结构优化与设计研究[J]. 化工管理,2013,(22):157
[5]张艳红,庞亚谱,胡如意,包恒. 一种防喷杆式抽油泵[J]. 石油机械,2011,(08):48-49