管金涛
中国石化中原油田分公司文留采油厂 河南 濮阳 457171
[摘要]通过对目前油田管式抽油泵活塞的应用机理的研究，综合分析了其在现场应用过程中存在的不足，提出了可行性的改进方案和措施，提高了活塞的抗腐蚀能力，缓解了阀球磨损程度，减少断裂几率，从而延长抽油机井的检修周期,降低了作业成本。
【关键词】抽油泵 活塞 改进 应用
1 管式抽油泵活塞现状
文留采油厂普遍使用管式抽油泵，管式抽油泵的匹配是柱塞式活塞，管式抽油泵是通过柱塞式活塞的上下运动把原油从低处提升到高处及把原油从井内抽出井外，柱塞式活塞自上而下主要由上游动阀罩、上游动阀球、双公、柱塞、下游动阀球、下游动阀罩组成，抽油泵活塞上、下游动阀罩及双公均采用45#钢调质处理加工而成，结构上上游动阀球置于上游动阀罩出液孔处。2019年1-11月份，我厂躺井中因阀罩断裂、穿孔、上游动阀球变形造成躺井5井次，平均检泵周期201天，影响了油气上产，造成作业成本上升。通过技术分析，我们认为主要有以下几种原因：
（1）材质抗腐蚀性差。活塞上、下游动阀罩及双公均采用45#钢调质处理加工而成， 45#属中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，它的最大弱点是淬透性低，在调质过程中受操作水平、设备状况、材料调质前加工等多方面的影响，会发生达不到硬度要求、硬度不均、氧化脱碳等严重后果，在井筒腐蚀、结盐、出砂等复杂因素影响下，调质质量隐患的45#钢耐腐蚀、抗磨性较差，导致活塞上、下凡阀罩及双公的耐腐蚀性能较差，在井下使用过程中受到井液腐蚀、易发生上游动阀罩断裂、下游动阀罩穿孔等现象使活塞失效，造成躺井。
（2）结构欠佳。上游动阀球置于上游动阀罩出液孔处，上游动阀球与过流挡板之间为点接触，应力比较集中，生产过程中上游动阀球上下运动撞击过流挡板易造成上游动阀球变形，同时会造成过流挡板逐渐变薄直至断裂，使抽油泵失效，影响采油生产的正常进行。
针对以上存在的问题，应对抽油泵活塞在材质及结构上进行改进，更好地适应抽油机井生产需要,使抽油机井寿命显著延长。
2 改进方案
2 .1管式抽油泵活塞改进的设计原则：
（1）改变材质，增强抗腐蚀性；
（2）改变结构，减少磨损。
2.2 管式抽油泵活塞的改进的主要内容
2.2.1改变材质
使用20Cr13钢替代45#钢，提高抗腐蚀性。20Cr13钢属于马氏体不锈钢，化学成分中碳C :0.16-0.25%，铬Cr:12.00-14.00%，较45#钢(碳C :0..42-0.50%，铬Cr:≤ 0.25%)，低碳高铬的特点，具有很高的耐腐蚀性能，在遇到具有腐蚀性物质时，其表面就会形成一种细致而坚实的氧化铬薄膜，保护内部的金属不继续受腐蚀，因此使用20Cr13材料加工替代45#钢加工生产活塞上、下游动阀罩及双公接头，能更好地适应井筒的腐蚀、出砂、结盐的复杂环境，会减少因腐蚀造成的断裂现象。
2.2.2改变结构
改变传统的上游动阀球置于上游动阀罩出液孔处的结构，在出液孔与上游动阀球之间加装弧形通道，使上游动阀球上行时与弧形通道面接触，增加了上游动阀球的接触面积，减少了应力集中造成的撞击力，避免了游动阀球撞击变形导致密封不严的现象；同时完全避免上游动阀球与出液孔处的摩擦，导致过流挡板逐渐变薄直至断裂，使抽油泵失效现象的发生。
2.2.3技术创新点
（1）活塞上、下游动阀罩及双公均采用20Cr13替代45#钢调质，增强活塞抗腐蚀、防断能力，延长抽油泵使用寿命。
（2）通过改进活塞上游动阀罩结构，在出液孔与上游动阀球之间加装弧形通道，完全避免上游动阀球与出液孔处的摩擦，减少因出液孔磨损造成断裂，避免了游动阀球撞击变形导致密封不严的现象。
通过从材质、结构两方面对传统的管式抽油泵活塞进行改造，使其更好地适应井筒复杂的地下环境，减少故障的发生几率，延长检修周期。
3、现场应用推广情况
2019年7月10日首次在文13-侧305井使用改进的管式抽油泵活塞，该井腐蚀、结盐严重，2018年7月-2019年7月两次作业原因分别是上凡尔罩因腐蚀断裂、上凡尔球磨损变形，本次φ56mm管式泵下入深度2132.30m，目前已正常生产496天。截止2020年11月份我厂目前已在腐蚀较严重的30井次使用改进的管式抽油泵活塞，未发生一起游动阀罩断裂、穿孔及上游动阀球磨损的躺井，不仅降低了躺井率，而且提高了我厂的经济效益。
4技术指标、投入费用、经济效益
4.1技术指标对比
改进的管式抽油泵活塞未发生一口断裂、漏失导致的躺井， 2020年1-11月因改进的管式抽油泵活塞游动阀罩断裂、穿孔及上游动阀球磨损的躺井，与2019年同期对比减少5井次。
4.2投入费用
?改进的管式抽油泵活塞增加费用：（2000元/根-1550元/根）×30根=1.35万元；
4.3经济效益
减少躺井5井次，节约作业劳务费用5×6.12万元/井次=30.6万元；减少作业占产（减少作业5井次，每井次作业时间3天，作业占产每天1.1t/d）5×3.3吨/井次×0.2765万元/吨=4.56万元；
投入产出比：35.16:1.35=1:21.31
5结论
(1)管式抽油泵活塞的成功改进并投入使用，解决了管式抽油泵活塞游动阀罩断裂、穿孔及上游动阀球磨损的躺井,延长了检修周期，起到了降本增效的作用。
（2）管式抽油泵活塞的改进是一次技术创新，目前下井使用30井次，效果良好，可以大规模推广，有效降低躺井率，减少原油占产，提高经济效益。
参考文献
[1]吴奇.井下作业工程师.北京:石油工业出版社,2003
[2]杨树栋。采油工程.东营：石油大学出版社，2000