赵天录

（新疆油田公司 百口泉采油厂，新疆 克拉玛依 834011）

0 引言

抽油泵是机械采油系统的主要设备，在我国约95%以上油井都使用机械采油。常规抽油泵的出油阀罩承载能力较低，容易发生断裂。新疆油田百口泉采油厂有稀油井700 多口，每年发生出油阀罩断裂故障上百井次，严重影响抽油泵的采油效果，增加井下作业的井次和采油成本。改进出油阀结构，增加强度和耐磨性，减少断裂，是延长抽油泵使用寿命的有效途径之一。

1 抽油泵出油阀罩断裂原因分析

1.1 出油阀工作状况分析

常规抽油泵有上、下两个出油阀分别接在柱塞的两端，上出油阀（开式阀）的主要作用为频繁启闭的单流阀和装在活塞上端连接抽油杆与活塞的特殊接头。抽油泵上出油阀是开式阀，内受阀球直径限制，外受泵筒内径限制。阀罩壁厚较薄且开有出油口，工作中泵阀不停地开启与闭合，阀球与阀罩碰撞磨损，在阀球的反复冲击下，出油口的3 条筋板壁厚减薄、抗拉强度降低，再加上井内的腐蚀和砂卡等影响，发生断裂。下出油阀是闭式阀，和上出油阀相比，径向没有开口，强度较高，因此抽油泵的下出油阀很少发生断裂。

1.2 出油阀罩断裂原因判断

通过对2008～2009 年度发生多起的阀罩断裂口检查对比分析，总结断裂原因大致有以下4 种类型：

1）磨损断裂。断口在阀球室3条筋中部，由于阀罩材料比阀球软，在阀球的反复冲击下，3 条筋处的圆柱形内孔变成橄榄球形，断口处内径明显扩大，3 条筋的壁厚减薄，抗拉强度降低（如图1），磨损断裂最短的记录是8 个月，主要发生在泵径φ44 mm 以下的小泵，约占断裂总数的70%～75%。

2）腐蚀断裂。断口可在出油阀罩的任意部位，阀罩被腐蚀成蜂窝状或多齿形貌，强度降低断裂（如图2）。部分油井腐蚀严重，每隔4～6 月就断裂一次，一年修井2～3次。腐蚀断裂约占断裂总数的15%～20%，油井腐蚀现象近年有增多的趋势。

3）疲劳断裂。断口大多在出油阀罩3 条筋上部两侧底部尖角处，属多疲劳源的疲劳破坏，断口处壁厚没有明显变化，可清楚地看到疲劳裂纹的发展区和粗糙的断裂区（如图3）。主要发生在泵径φ44 mm 及以下的小泵，断裂时该井大多存在卡泵（砂卡、水垢卡、蜡卡或其他杂物卡）现象，约占断裂总数的5%。

4）使用不当。日常管理不当、长时间碰泵、上罩变形、强度减低拉断（如图4），所占比例极小。

图1 磨损断裂

图2 腐蚀断裂

图3 疲劳断裂

图4 使用不当

以上4 种类型并非单独影响泵阀寿命，大部分泵阀罩断裂是以上几种原因共同作用的结果。

2 高强度阀罩的研制

2.1 阀罩改进的两个阶段

2009 年第一次改进，用闭式阀取代开式阀，另外设计一个“出油接头”连接抽油杆，一台泵由原来的“一开一闭”两个出油阀改进为“两个闭式阀和一个出油接头”构成，即“双闭式出油阀结构”。在2010～2011 年的使用中，出油阀罩三叉处断裂故障大大减少，有较好的效果。但随着生产时间的延续，上闭式阀罩磨损断裂故障逐渐增多，阀罩的强度和耐磨性能有限。

2011 年第二次改进，重点考虑增加闭式阀罩的耐磨损能力，采用闭式阀强度好的特点和开式阀出油接头的作用，把开式阀和闭式阀合二为一，在径向尺寸有限的空间里，把闭式阀球室内壁沿轴向均匀加工4 条棱筋，强化耐磨性；同时把阀罩出油口筋板加厚，并选用高强度不锈钢材质加工制造，成功研制出防腐蚀耐磨损的高强度出油阀罩，在2012 年申报并获得国家新型实用专利（专利号ZL 2012 2 0498844.X）。

2.2 高强度阀罩结构设计及主要特点

高强度阀罩与标准出油阀罩相比，有以下几处改进：1）把阀球室从开式阀罩（图5B-B 位置）转移至闭式阀罩（图5C-C 位置）内，阀球室径向没有出油孔，因而强度增加，即使与阀球碰撞磨损，其寿命也比开式阀罩要长；2）闭式阀球室内壁设计成梅花状结构，4 条棱型筋板增加了阀罩内壁的耐磨损性能，延长了抽油泵使用寿命；3）阀罩出油口处不装阀球，筋板加厚，增加强度；4）用高强度不锈钢材质加工，增强了抗腐蚀性能。

图5 高强度出油阀罩示意图

3 使用效果分析

第一次改进的“双闭式出油阀结构”，于2009 年9 月陆续投入使用，2010～2011 年的检泵井基本都在使用。高强度阀罩研制后从2011 年10 月陆续推广使用，在2012～2013年的检泵井中，双闭式出油阀结构和高强度阀罩同时使用。

图6 标准阀罩与高强度阀罩实物对比

表1 阀罩断裂数量统计表（井次）

1）2009 年阀罩改进前，百口泉采油厂稀油开井数约700 口，阀罩断裂每年100 井次以上，修井保质期内（6 个月）断裂近10 口，6～12 个月断裂30～40 口。

2）2010 和2011 年第一次改进后，阀罩断裂井下降到50 井次/年以下，修井保质期内（6 个月）断裂不到5口，6～12 个月断裂井10 口以内。

3）高强度阀罩已累计使用500 井次（其中新泵420台，修复泵80 台），最长使用时间已达2 年，未发生一起断裂现象。部分油井已经二次检泵，有的阀罩内棱筋已经磨平，有的棱筋尚未磨平，还可以继续修复使用。2012 和2013 年，阀罩断裂井减少到20 井次以下，修井保质期内（6 个月）断裂井为零，6～12 个月断裂井1～2 口。

2013 年与改进前2009 年相比，全年减少阀罩断裂100 井次以上，节约修井费用约280 多万元（稀油井平均检泵费约2.8 万元×100 井次）；与第一次改进后的2011 年相比，年减少断裂约30 井次，节约修井费用约80 多万元。

4 结论

高强度出油阀罩与常规阀罩相比，加工费用增加不大，节约生产成本效果显著。不仅提高了抽油泵出油阀罩的抗拉强度和防腐蚀、耐磨损能力，在新疆油田百口泉采油厂已经使用了2 年500 多井次，未发生一起断裂现象，较好地解决了常规抽油泵出油阀罩易断问题，延长了抽油泵使用寿命，节约修井费用，有较好的实用性。高强度出油阀罩已在新疆油田公司各采油厂推广使用。

［1］沈迪成，艾万诚，盛曾顺，等.抽油泵［M］.北京：石油工业出版社1994.

［2］中国国家质量监督检验检疫总局.GB/T18607-2008 抽油泵及其组件规范［S］.北京：中国标准出版社，2009.

［3］中国石油天然气股份有限公司.高强度耐磨损抽油泵阀罩：中国，2012 2 0498844.X［P］.2013-03-27.

［4］赵天录，张浩.抽油泵出油阀易断原因分析与改进措施［J］.新疆石油科技，2012（4）：45，50.