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[摘 要]近年来，随着水平井采油技术的发展，水平井的数量与日俱增。有杆泵采油作为采油系统中所占比例最大的一种采油方式，应用于水平井采油技术时，却存在诸多问题。本文对水平井有杆泵举升所面临的问题进行了分析研究，针对抽油泵所需防砂及耐温性能选定满足水平井举升所应用的有杆泵，并对技术所应用的配套设备进行了介绍，对于水平井采油具有一定意义。
[关键词]水平井；有杆泵举升；抽油泵；配套设备
中图分类号：TE355.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0012-01
1.水平井抽油泵设计
1.1水平井抽油泵防砂技术研究
水平井出砂，因砂粒沉降方向与液流方向存在偏移现象，砂易于沉积，对井下泵的影响较常规油井更为严重，造成卡泵、检泵周期短等问题。现有的设计主要从以下三个方面考虑：
（1）阻止或减少砂粒进入柱塞与泵筒之间的密封间隙，减小砂卡泵的可能性此种设计目前应用较多，但井液含砂悬浮于液体中，随液体运动，柱塞与泵筒之间是间隙密封，密封间隙必然存在液流，所以砂粒等机械杂质仍能够进入柱塞与泵筒之间的密封间隙，为缓解该问题，抽油泵柱塞两端安装了环状刮砂组件，利用自由的弹性力或在油管液柱压力作用下阻止砂粒进入泵的摩擦副间隙内，防止砂卡的发生。
（2）采用软密封柱塞，采用软密封柱塞的防砂抽油泵在设计上允许固体颗粒进入泵内任何空间，并且完全取消了硬对硬的滑动摩擦副，采用软-硬摩擦副，密封结构采用液力自紧密封，或采用弹簧补偿的方式，可以实现理论上的零间隙密封，并具有漏失量小、泵效高等特点，能够彻底解决砂卡泵的问题。但此设计由于柱塞密封件与泵筒之间始终处于磨损状态，磨损现象严重，所以检泵周期有限，通常不足半年，只适用于严重出砂或出泥浆的油井。
（3）非接触式弹性密封防砂泵技术，采用多级短弹性密封单元，短柱塞本身具有不易砂卡的特点，将普通泵柱塞与泵筒之间的硬性间隙变为弹性间隙，当砂粒进入薄壁柱塞与泵筒之间并形成卡泵趋势时，弹性密封单元可以产生一定的、向内的弹性变形，避免卡泵，并可以有效缓解砂粒对泵筒及柱塞外表面的作用力，避免砂粒对泵筒及柱塞外表面的损伤，延长检泵周期。
1.2水平井抽油泵耐温技术研究
针对稠油水平井生产所具有的初期产量大、井底温度高的特点，必须开展相应的抽油泵耐高温研究、解决高温卡泵问题。
针对高温井下工况复杂，通过对陶瓷泵技术的优化改进，形成了高抗磨耐腐蚀泵筒、复合结构陶瓷柱塞、特殊陶瓷固定阀组和游动阀组等一整套组合技术，主要用于解决井温在200℃以上工况下抽油泵的高温变形和腐蚀问题，陶瓷泵技术的工作原理是采用陶瓷柱塞与泵筒相互配合，对陶瓷零部件的材料配方和制造工艺方法进行研究和优选，在结构上进行改进，解决高温下因间隙减少而引起的卡泵问题。为提高陶瓷硬度，尽量提高了化学键的强度，使其硬度比淬火钢的硬度提高20個等级以上。强度上，通过工艺措施减少材料组织内部的缺陷，强度提高了1-2个数量级。此外，为了提高陶瓷材料韧性，在陶瓷材料中添入增韧弥化剂，合成新型陶瓷材料的组分配方，合成后的陶瓷粉料进行了超细级处理，处理后的陶瓷粉料制成均匀的小颗粒，增加填充的流动性，然后在周向施加均匀的液力压强压制成型，提高了陶瓷材料使用中的韧性。
1.3水平井柔性金属泵
水平井有杆泵举升技术所应用的水平井柔性金属泵采用了非接触式弹性密封防砂泵技术，如图1所示。上冲程时，柱塞固定组件随抽油杆上行，并带动由游动阀体和阀座上行，各密封单元与泵筒之间形成多级密封，形成抽吸能力，同时固定凡尔球在井底压力作用下开启，井液进入泵筒内的柱塞下腔。下冲程时，柱塞固定组件随抽油杆下行，由密封单元和阀组件相对上行，阀座与阀体之间离开形成通道，同时固定阀球关闭，柱塞下井液通过阀座与阀体之间的流道，越过单级密封单元上行，之后逐级上行进入油管内。
该种抽油泵突破了现有水平井泵的基本结构，采用多级游离密封结构柱塞，采用相互独立的多级密封单元，各级之间相互独立，并强开强闭合，消除井斜对游动阀组的影响，单体密封单元与中心杆及杆柱之间处于游离状态，大斜度井段、水平段举升时，杆柱的偏心力作用于导向块，由导向块承受偏磨，可有效消除井下泵密封单元的偏磨。柱塞的整体结构采用多级密封、各级之间相互独立、强开强闭，靠上下冲程的作用实现多级游动阀组的机械开启和闭合，有效解决了水平井由于大井斜产生的重力偏移对游动阀组的影响，并具有防砂功能。
2.水平井有杆泵配套设备的研究
2.1水平井脱接器技术研究
本文中为水平井而研制的脱接器采用了自锁式结构，主要由导引套、导引管、脱接爪、芯杆、压环、弹簧、下接头组成。其工作原理将扶正器本体连接在柱塞上，脱接爪连接在抽油杆上，脱接爪连接抽油杆下到底后只需50公斤力，就能成功对接扶正器。解脱时上提抽油杆（导引套、导引管、压环）碰到泵上缩径接箍，弹簧被压缩，脱接爪自动解锁，实现解脱。
图2 自锁式脱接器示意图
2.2防偏磨技术研究
（1）扶正器选用
针对扶正器可靠性差，减摩效果不佳的现状，对抽油杆扶正器结构进行了较大的调整，扶正器选用滑动式抽油杆扶正器与抗弯放磨副。滑动式抽油杆扶正器结构紧凑、小巧，减磨效果好，可靠性较高。扶正器的工作面为三个与油管内壁曲率相同的圆弧曲面，其外表面为光滑致密的金属固体润滑涂层。在工作过程中，曲面可沿芯轴自动转向，确保以一个工作曲面与油管壁发生贴合，在固体润滑剂的作用下，可起到避免磨损的作用。抗弯防磨副的结构，它的工作原理是：滑套在抽油杆往复运动中自动定位于油管内壁的合适位置处，摩擦杆在随抽油杆柱上下往复运动中与滑套形成摩擦副，这样就将抽油杆与油管之间的摩擦转变为抗磨副的滑套和摩擦杆之间的摩擦，从根本上改善杆管磨损。
（2）抽油杆振动缓冲器
通过在杆柱上安装抽油杆减振装置，例如抽油杆缓冲器，可有效减缓振动载荷，从而减弱由于各种原因而引起的杆柱振动现象，达到减缓抽油杆磨损的目的。其技术原理是利用碟簧组将来自杆柱系统内的液击或惯性载荷等引起的振动抵消，消除或延缓振动的影响，该缓冲器最大可以缓冲10KN的冲击力，井下工作寿命可以达到两年以上。
3.结论
水平井大斜度井有杆泵举升技术可以实现水平井井的举升需求，系统效率高、适应井斜大、检泵周期长，可以适用于出砂水平井、热采水平井等多种复杂井况。迄今为止，水平井有杆泵举升工艺技术在辽河油田分公司各采油厂累计现场应用500余井次。
参考文献
[1]王大勋，李文华，华之辉.水平井抽油杆柱防偏磨研究及应用[J].特种油气藏，2004，11（2）：47～48.
[2]丛蕊，董世民.抽油杆柱稳定性问题的研究[J].石油机械，2002，30（8）：17～19.
[关键词]水平井；有杆泵举升；抽油泵；配套设备
中图分类号：TE355.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0012-01
1.水平井抽油泵设计
1.1水平井抽油泵防砂技术研究
水平井出砂，因砂粒沉降方向与液流方向存在偏移现象，砂易于沉积，对井下泵的影响较常规油井更为严重，造成卡泵、检泵周期短等问题。现有的设计主要从以下三个方面考虑：
（1）阻止或减少砂粒进入柱塞与泵筒之间的密封间隙，减小砂卡泵的可能性此种设计目前应用较多，但井液含砂悬浮于液体中，随液体运动，柱塞与泵筒之间是间隙密封，密封间隙必然存在液流，所以砂粒等机械杂质仍能够进入柱塞与泵筒之间的密封间隙，为缓解该问题，抽油泵柱塞两端安装了环状刮砂组件，利用自由的弹性力或在油管液柱压力作用下阻止砂粒进入泵的摩擦副间隙内，防止砂卡的发生。
（2）采用软密封柱塞，采用软密封柱塞的防砂抽油泵在设计上允许固体颗粒进入泵内任何空间，并且完全取消了硬对硬的滑动摩擦副，采用软-硬摩擦副，密封结构采用液力自紧密封，或采用弹簧补偿的方式，可以实现理论上的零间隙密封，并具有漏失量小、泵效高等特点，能够彻底解决砂卡泵的问题。但此设计由于柱塞密封件与泵筒之间始终处于磨损状态，磨损现象严重，所以检泵周期有限，通常不足半年，只适用于严重出砂或出泥浆的油井。
（3）非接触式弹性密封防砂泵技术，采用多级短弹性密封单元，短柱塞本身具有不易砂卡的特点，将普通泵柱塞与泵筒之间的硬性间隙变为弹性间隙，当砂粒进入薄壁柱塞与泵筒之间并形成卡泵趋势时，弹性密封单元可以产生一定的、向内的弹性变形，避免卡泵，并可以有效缓解砂粒对泵筒及柱塞外表面的作用力，避免砂粒对泵筒及柱塞外表面的损伤，延长检泵周期。
1.2水平井抽油泵耐温技术研究
针对稠油水平井生产所具有的初期产量大、井底温度高的特点，必须开展相应的抽油泵耐高温研究、解决高温卡泵问题。
针对高温井下工况复杂，通过对陶瓷泵技术的优化改进，形成了高抗磨耐腐蚀泵筒、复合结构陶瓷柱塞、特殊陶瓷固定阀组和游动阀组等一整套组合技术，主要用于解决井温在200℃以上工况下抽油泵的高温变形和腐蚀问题，陶瓷泵技术的工作原理是采用陶瓷柱塞与泵筒相互配合，对陶瓷零部件的材料配方和制造工艺方法进行研究和优选，在结构上进行改进，解决高温下因间隙减少而引起的卡泵问题。为提高陶瓷硬度，尽量提高了化学键的强度，使其硬度比淬火钢的硬度提高20個等级以上。强度上，通过工艺措施减少材料组织内部的缺陷，强度提高了1-2个数量级。此外，为了提高陶瓷材料韧性，在陶瓷材料中添入增韧弥化剂，合成新型陶瓷材料的组分配方，合成后的陶瓷粉料进行了超细级处理，处理后的陶瓷粉料制成均匀的小颗粒，增加填充的流动性，然后在周向施加均匀的液力压强压制成型，提高了陶瓷材料使用中的韧性。
1.3水平井柔性金属泵
水平井有杆泵举升技术所应用的水平井柔性金属泵采用了非接触式弹性密封防砂泵技术，如图1所示。上冲程时，柱塞固定组件随抽油杆上行，并带动由游动阀体和阀座上行，各密封单元与泵筒之间形成多级密封，形成抽吸能力，同时固定凡尔球在井底压力作用下开启，井液进入泵筒内的柱塞下腔。下冲程时，柱塞固定组件随抽油杆下行，由密封单元和阀组件相对上行，阀座与阀体之间离开形成通道，同时固定阀球关闭，柱塞下井液通过阀座与阀体之间的流道，越过单级密封单元上行，之后逐级上行进入油管内。
该种抽油泵突破了现有水平井泵的基本结构，采用多级游离密封结构柱塞，采用相互独立的多级密封单元，各级之间相互独立，并强开强闭合，消除井斜对游动阀组的影响，单体密封单元与中心杆及杆柱之间处于游离状态，大斜度井段、水平段举升时，杆柱的偏心力作用于导向块，由导向块承受偏磨，可有效消除井下泵密封单元的偏磨。柱塞的整体结构采用多级密封、各级之间相互独立、强开强闭，靠上下冲程的作用实现多级游动阀组的机械开启和闭合，有效解决了水平井由于大井斜产生的重力偏移对游动阀组的影响，并具有防砂功能。
2.水平井有杆泵配套设备的研究
2.1水平井脱接器技术研究
本文中为水平井而研制的脱接器采用了自锁式结构，主要由导引套、导引管、脱接爪、芯杆、压环、弹簧、下接头组成。其工作原理将扶正器本体连接在柱塞上，脱接爪连接在抽油杆上，脱接爪连接抽油杆下到底后只需50公斤力，就能成功对接扶正器。解脱时上提抽油杆（导引套、导引管、压环）碰到泵上缩径接箍，弹簧被压缩，脱接爪自动解锁，实现解脱。
图2 自锁式脱接器示意图
2.2防偏磨技术研究
（1）扶正器选用
针对扶正器可靠性差，减摩效果不佳的现状，对抽油杆扶正器结构进行了较大的调整，扶正器选用滑动式抽油杆扶正器与抗弯放磨副。滑动式抽油杆扶正器结构紧凑、小巧，减磨效果好，可靠性较高。扶正器的工作面为三个与油管内壁曲率相同的圆弧曲面，其外表面为光滑致密的金属固体润滑涂层。在工作过程中，曲面可沿芯轴自动转向，确保以一个工作曲面与油管壁发生贴合，在固体润滑剂的作用下，可起到避免磨损的作用。抗弯防磨副的结构，它的工作原理是：滑套在抽油杆往复运动中自动定位于油管内壁的合适位置处，摩擦杆在随抽油杆柱上下往复运动中与滑套形成摩擦副，这样就将抽油杆与油管之间的摩擦转变为抗磨副的滑套和摩擦杆之间的摩擦，从根本上改善杆管磨损。
（2）抽油杆振动缓冲器
通过在杆柱上安装抽油杆减振装置，例如抽油杆缓冲器，可有效减缓振动载荷，从而减弱由于各种原因而引起的杆柱振动现象，达到减缓抽油杆磨损的目的。其技术原理是利用碟簧组将来自杆柱系统内的液击或惯性载荷等引起的振动抵消，消除或延缓振动的影响，该缓冲器最大可以缓冲10KN的冲击力，井下工作寿命可以达到两年以上。
3.结论
水平井大斜度井有杆泵举升技术可以实现水平井井的举升需求，系统效率高、适应井斜大、检泵周期长，可以适用于出砂水平井、热采水平井等多种复杂井况。迄今为止，水平井有杆泵举升工艺技术在辽河油田分公司各采油厂累计现场应用500余井次。
参考文献
[1]王大勋，李文华，华之辉.水平井抽油杆柱防偏磨研究及应用[J].特种油气藏，2004，11（2）：47～48.
[2]丛蕊，董世民.抽油杆柱稳定性问题的研究[J].石油机械，2002，30（8）：17～19.