高含水期抽油泵柱塞防偏磨技术分析

范玉凤

（大庆石油管理局有限公司装备制造分公司抽油机制造分公司，黑龙江 大庆 163000）

目前，我国绝大多数的油田（包括大庆油田）都进入了高含水期开发阶段。这一阶段的显著特点就是在采油过程中，抽油泵泵筒、柱塞等方面都会出现较为明显的腐蚀、磨损、划伤等情况，而油田平均检泵周期也在不断缩短。一方面，在一定程度上影响油田的正常开采；另一方面，则是增加了采油成本，直接影响油田开发的整体经济效益。因此，对高含水期油田开发过程中抽油泵柱塞偏磨技术进行分析，具有重要的现实意义。

1 高含水期油藏概述

高含水期主要是指油田开发进入高含水阶段，由于油田开采是强注强采，油藏的非均质性和开采过程中油层水流呈现出明显的不均匀性。这种情况对油田的有效开采造成了一定的影响。在这一阶段，油田开采对象往往不再是剩余原油，而是一些高度分散的剩余油，但是局部地区会较为集中。高含水期油藏开采正成为目前油田开发管理工作中一个重要的问题。

在高含水阶段，油藏开采往往有几个不平衡点。

（1）层间差异明显。在大庆油田几十年的开发过程中，开发层系的渗透率级差正常范围为5～10，最大可以达到几十。如果考虑砂组差异影响，渗透率级差也会加大，导致出现注水单层突进、层间干扰严重现象，无法出油的油层数量也会有所增加。高含水期这种现象更加明显。

（2）平面差异明显。同一层位的油藏，不同方向、不同部位的非均质性也会出现较为明显的差异，其主要特点可以被概括为局部舌进、井间干扰严重等，因此，在高含水期油田开采必须对注水井、注水参数等进行重新设计，以保证石油开采的顺利进行。

（3）层内差异明显。层内差异主要体现在以下几点：①沉积韵律性控制的非均质性；②沉积层里形成的非均质性；③岩石孔隙结构的非均质性。在这些特点的作用下，在同一层内的不同部位，吸水强度、产液等也会出现明显差异，而剩余油分散部位也较为零散，通常都是存储在油田边缘、角落、至高点或者是低渗透层。

2 抽油泵柱塞偏磨问题出现的成因分析

我国油田大部分开采年份已经六七十年，开采频率越大，油田含水越高。目前，国内大部分油田均已经进入高含水阶段。油藏与水流呈现的不均匀性也更为明显。这种情况不仅对正常的石油开采工作造成了较大的影响，同时也会对抽油泵泵筒与柱塞这两个部分造成严重影响，而柱塞偏磨问题也不断加重。产生这一问题的主要原因在于，柱塞与泵筒在整个运动的过程中，从圆周方向始终是处于一个不变的状态，而受到地层、地质等方面因素的影响，当产出液中含水量大于74.02%时，原本的油包水便会转变为水包油，摩擦力增加，柱塞表面失去了原有的保护，增加了腐蚀情况，进而出现柱塞偏磨问题。

3 抽油泵柱塞防偏磨技术分析

为了应对高含水期的柱塞磨损问题，一种新型的柱塞防偏磨装置开始被应用，即柱塞自旋器，可以减少抽油泵柱塞磨损，对企业减少经营成本、提高油田开采质量与效率而言具有重要的作用。

3.1 柱塞自旋器工作原理

在油井采油的过程中，通常是由抽油杆来带动柱塞进行往复运动。在抽油杆上冲程中，油管中的液体会随着抽油杆向上运动，抽油杆柱与液体之间不存在相对运动关系，而在下冲过程中，抽油杆会向下运动。在这一过程中，油管内部的液体通常处于静止状态，因此二者之间存在相对运动关系。在明确了抽油杆柱的运动特点以后，可以通过安装一个右旋导流槽装置，使抽油杆柱在上、下冲过程中都发生变化。

柱塞自旋器是基于抽油杆这种运动特点发展来的。在实际工作中，上部抽油杆通常只做上下往复运动，而下部的螺旋转子则是依靠连接杆，与抽油杆之间保持相对运动。在下冲过程中，固定阀与游动阀分别处于关闭和开启状态，此时，泵筒内部的液体会顺着螺旋转子与其共同进行上升运动，并会对转子产生一定的作用力并分解，最终产生冲击力。这一冲击力的主要方向是沿着圆周切线的方向进行。这一冲击力在产生以后，需要克服转动柱塞时所产生的摩擦力，而在这时螺旋转子便会带动柱塞进行下旋转运动。在上冲过程中，由于二者之间并不存在相对运动关系，因此液体无法对螺旋转子产生作用力，而在这一状态下柱塞不会转动。通过采取这种方式，减少柱塞在石油开采过程中某一处的磨损情况，从而有效地减小高含水期抽油泵柱塞偏磨问题所产生的消极影响，提高抽油泵的使用寿命，减少石油企业的经营开采成本。

3.2 主要应用

柱塞自旋器不仅可以有效地解决柱塞偏磨问题，还可以产生额外的作用，具体如下：（1）在实际应用的过程中，柱塞自旋器中的螺旋转子可以根据冲程的不同而随机转动。通过这种方式改变柱塞与泵筒之间的接触面，减少在同一时间内个别部位所出现的较大磨损，使柱塞圆周附近所受磨损更加均匀。这样可将一些杂物，如砂砾、结垢等，从柱塞与泵筒之间排除，从而避免出现具有较大摩擦性的材料聚集所引起的严重磨损，或者是杆柱脱扣的情况。（2）当柱塞处于下冲程状态并完成下冲程时，包含着大量砂砾的原油会举出地面，一部分砂砾则进入柱塞与泵筒之间的空隙中，而这些砂砾则会对柱塞造成较大的磨损。在安装了柱塞自旋器以后，柱塞的旋转会使进入空隙的砂粒在压力的作用下被挤压至泵筒的下方。固定阀产生的冲力会对原油产生一定的冲力，这种冲力将泵筒下部砂砾冲出，并且会随着原油再一次被举出地面，从而避免砂粒对抽油泵造成影响。

4 结语

综上所述，在进入高含水期以后，我国油田在开采过程中，柱塞会在颗粒摩擦的影响下出现较为严重的磨损情况，而磨损的程度又会受到油井自身结构、产出液体性质等多方面因素的影响。因此，在今后的油田开发过程中，如何解决柱塞偏磨问题，已经成为需要重视的问题。为了应对这一问题，一种新型的柱塞防偏磨装置开始被应用，即柱塞自旋器，不仅可以起到较好的效果，同时也可以延长柱塞的使用寿命，对于提高油田开采质量与有效性，减少企业投入成本等方面都具有重要作用，值得被进一步推广与使用。