目前使用的普通抽油泵在結(jié)構(gòu)上具有一定的缺陷，例如無(wú)防沉砂作用，砂粒磨損閥座、閥球及柱塞，這些缺陷造成了泵漏，在很大程度上降低了采油舉升效益。因此，本文針對(duì)油井出砂的問(wèn)題，對(duì)抽油泵砂卡機(jī)理及原因進(jìn)行了分析，提出了應(yīng)對(duì)砂卡的策略，以提高泵效，并延長(zhǎng)油泵壽命，進(jìn)而提高采油舉升效益。
    油井的含水量逐年上升，而且由于開(kāi)發(fā)的不斷深入，地層的壓力逐漸下降。放大壓差生產(chǎn)，造成地層出砂愈加嚴(yán)重，維護(hù)作業(yè)的工作量也日趨上升。由于生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，且防砂體系的破壞程度日益加劇，所以因出砂導(dǎo)致油井躺進(jìn)的數(shù)量比較大。目前，油進(jìn)出砂嚴(yán)重的現(xiàn)象已經(jīng)成為其開(kāi)發(fā)過(guò)程時(shí)的一大難題，這不僅使油井的維護(hù)成本增加了，還影響了油井的順利生產(chǎn)，嚴(yán)重制約著油井的經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)抽油泵砂卡的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)對(duì)策加以解決是極為迫切的。
    影響有桿泵抽油井免修期的原因
    1.1.泵漏
    泵的漏失通常有兩種形式，即密封間隙漏失與進(jìn)出油閥漏失。其中，密封間隙漏失的原因主要是常規(guī)泵筒結(jié)構(gòu)和泵柱塞設(shè)計(jì)不合理。
    泵筒和柱塞間是間隙動(dòng)密封，密封副表面毀損與間隙加大是導(dǎo)致泵漏的關(guān)鍵。從實(shí)際使用情況分析，泵筒和柱塞的腐蝕與磨損是間隙加大的最直接原因。用于出砂和高含水油井上的抽油泵，其危害最大的是劃傷磨損及砂粒碾磨磨損。
    劃傷磨損與碾磨磨損是因?yàn)槌Ｒ?guī)泵的結(jié)構(gòu)缺陷：常規(guī)的柱塞在其上方形成擁有兩個(gè)臺(tái)階的階梯軸結(jié)構(gòu)，在其直徑的方向上比柱塞密封段分別大約細(xì)0.5毫米和1毫米。若柱塞上行，在柱塞上下的壓差作用下，泵筒和兩個(gè)臺(tái)階的環(huán)形間隙中特別容易沉積砂粒，而且流體不易將其沖刷掉，會(huì)有越擠越緊，造成柱塞自鎖的趨勢(shì)。這時(shí)，砂粒對(duì)柱塞和泵筒的正壓力特別大，足夠把鍍鉻或者其他強(qiáng)化層破壞掉，這樣便形成所謂的劃傷磨損及碾磨磨損。
    現(xiàn)在普遍使用的表面強(qiáng)化方法，例如鍍鎳磷、鍍鉻等，其鍍層自身的材料在含水很高的油井中的抗化學(xué)防腐性能還是非常好的。不過(guò)因?yàn)楸猛不蛑麜?huì)有劃傷、磨損的情況，其在被劃傷機(jī)體裸露處，容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕，這會(huì)加劇不耐化學(xué)腐蝕基體的損壞，最后導(dǎo)致腐蝕磨損，抽油泵在腐蝕與出砂雙重作用下的使用壽命就更短。
    1.2.砂卡
    砂卡不僅是砂影響比較嚴(yán)重的結(jié)果，還是砂影響最為顯著的表現(xiàn)形式。砂卡主要是因?yàn)楸玫慕Y(jié)構(gòu)不是很合理。普通泵柱塞的階梯軸狀的結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致砂卡的最根本原因。在臺(tái)階處一般是圓滑過(guò)渡，然后再經(jīng)過(guò)砂粒磨損，和泵筒之間就會(huì)形成一個(gè)楔形的間隙，如果楔角小于自鎖角，楔形環(huán)空中的較多砂粒便會(huì)使柱塞自鎖導(dǎo)致無(wú)法上行，從而形成砂卡。
    1.3.桿管偏磨
    桿管偏磨雖然不是一些油井作業(yè)的最直接原因，可是由于含水量的增加，桿管偏磨的問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，部分區(qū)塊甚至表現(xiàn)的特別嚴(yán)重，即使在直井中，桿管偏磨的現(xiàn)象也會(huì)出現(xiàn)。例如1997年7月，勝利油田的東辛采油廠因?yàn)闂U管偏磨更換5200米油管，6238米抽油泵，其費(fèi)用高達(dá)54萬(wàn)元，由此可見(jiàn)，桿管偏磨造成的損失是極大的。其主要原因有以下三種：
    1.3.1.桿柱彎曲。
    當(dāng)桿柱下行的時(shí)候，柱塞下行遇到阻礙，使底部的桿柱受到壓力，因而出現(xiàn)振弦彎曲或者螺旋，這便會(huì)增大桿管間的正壓力，再加上采出的液體含水量較高，桿管之間的潤(rùn)滑環(huán)境就變的很差，以及井液腐蝕更會(huì)加劇磨損。底部桿柱承受的下行阻力由三部分組成：泵筒和柱塞的半干摩擦力、井液對(duì)抽油桿生成的靜壓力以及采出的液體流過(guò)出油閥時(shí)的水力阻力所生成的向上的作用力。常規(guī)柱塞出油環(huán)空的截面積只有柱塞截面積的三分之一到五分之一，這個(gè)地方的油流速度為柱塞下行速度的三到五倍。又知道，流體摩擦阻力和其相對(duì)速度的三次方成正比，即這個(gè)地方的節(jié)流損失會(huì)增加二十七到一百二十五倍。
    1.3.2.油管彎曲。
    在部分油井中采用機(jī)械座封式封隔器進(jìn)行分層開(kāi)采，以使油管受壓，發(fā)生彎曲。這對(duì)于抽油桿而言，直井就變成了“斜井”，當(dāng)桿柱上行時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生偏磨。
    1.3.3.桿柱設(shè)計(jì)不合理。
    常規(guī)井的桿柱設(shè)計(jì)(除大泵井外)都存在比較大的問(wèn)題：一是只考慮了強(qiáng)度，卻忽略了底部桿柱受壓的問(wèn)題；二是在桿柱受力分析上，沒(méi)有考慮液體對(duì)桿柱底部的作用，致使計(jì)算出的桿柱底部受力比實(shí)際受力低很多。按照測(cè)算，若下泵的深度是1500米，底部是19毫米的抽油桿，則其底部的抽油桿所受液體靜壓力約為4000N。因此，對(duì)抽油桿進(jìn)行受力分析時(shí)，一個(gè)如此大的力是必須要考慮的。可見(jiàn)，過(guò)去的桿柱設(shè)計(jì)不但會(huì)造成桿管偏磨，而且還容易導(dǎo)致桿柱斷脫。
    使抽油泵壽命延長(zhǎng)的對(duì)策
    2.1.優(yōu)化桿柱組合
    以前桿柱的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件需要遵循的原則是：使直徑不同的抽油桿所受的應(yīng)力相等，也就是等壽命設(shè)計(jì)，未考慮到桿管的扶正與偏磨問(wèn)題。所以應(yīng)該在考慮桿管偏磨的條件下，研發(fā)新的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，不僅保證其承載力，還能夠降低中和點(diǎn)的位置，從而大大減小底部桿柱承受的壓力。而且當(dāng)油井的桿管偏磨很嚴(yán)重時(shí)，盡量少使用或者不使用機(jī)械座封的封隔器，以防桿柱彎曲。
    2.2.特種抽油泵
    特種抽油泵是根據(jù)不同油井的情況而研發(fā)的性能特殊的抽油泵，所以具有很強(qiáng)的針對(duì)性。通過(guò)對(duì)不同油井的特點(diǎn)分析，選用相對(duì)應(yīng)的特種抽油泵，便可以達(dá)到意想不到的效果。
    2.2.1.抽油泵能夠防砂埋。
    添加一個(gè)環(huán)形的治砂通道，在抽油泵的下方連接一段治砂尾管，然后把泵沉降的砂粒，經(jīng)過(guò)泵的外環(huán)空存在治砂尾管里，這樣就可以避免砂埋抽油泵柱塞。
    2.2.2.抽油泵密封副的減磨技術(shù)。
    換句話說(shuō)，就是使進(jìn)入密封副的砂粒減少的技術(shù)。一是采用短泵筒和長(zhǎng)柱塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)長(zhǎng)柱塞運(yùn)動(dòng)及壓差作用使砂粒進(jìn)入密封副的機(jī)率降低。二是利用等徑柱塞，并使柱塞表面為相同標(biāo)準(zhǔn)直徑，延伸至油流通道。如此，泵筒與柱塞間的砂粒沉積空間就沒(méi)有了，在柱塞做反向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，泵壁刮掉的砂粒會(huì)被液流攜帶，并排出井筒外。
    2.3.抽油桿的加重技術(shù)
    合理地利用加重桿，可以改善下部的桿柱受力情況，從而使桿、管偏磨減輕，斷脫事故減少。

    因?yàn)槌Ｒ?guī)的抽油泵不適用于出砂的油井結(jié)構(gòu)，因此需要對(duì)常規(guī)的抽油泵進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在成本不增加的前提下，使抽油泵的性能得到提高。抽油泵的可靠性與工作性能是制約有桿泵抽油井免修期的重要因素，所以廣泛應(yīng)用特種抽油泵與其配套的工藝新技術(shù)是使抽油泵井生產(chǎn)周期延長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)效益提高的有效途徑。