抽油泵固定凡尔的技术改造
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【摘要】抽油泵固定阀阀球在抽吸过程中被碰伤密封失效的主要原因之一，也是国内采油技术的难题之一。文中通过对固定阀的改进，有效的提高了抽油泵工作密封性能的稳定性，延长了抽油泵在井下的检泵周期。具有一定的推广价值。
1 抽油泵的结构和原理
抽油泵是有杆泵采油系统中的主要设备，它通过地面的抽油机、抽油杆传递的上下行程的动力来完成井内液体的抽吸。目前抽油泵主要由接箍、工作筒、柱塞总成、泄油器、固定阀总成组成。其中固定阀总成固定阀罩、固定阀球、固定阀座及接头组成。
抽油泵抽油主要依靠柱塞总成在泵筒内的上下往复运动完成抽油。
上冲程：
（1）游动凡尔关闭，活塞上承载油管内的液柱压力（差压）；并推动泵筒内活塞上部的液柱上行。
（2）固定凡尔开启，泵的吸入口，依靠泵筒外的动液面液柱压力将泵筒外的液体挤入活塞下的泵筒。
下冲程：
（1）游动凡尔开启，活塞不承压；并由于活塞下行，泵筒内的液体由活塞下部交换至活塞上部。
（2）固定凡尔关闭，泵底承载油管内的液柱压力（差压）。
2 存在的问题及解决的措施
造成抽油泵密封失效的主要原因有：
（1）固定阀压紧端面刺漏；
（2）阀座刺漏；
（3）阀球磕伤造成密封失效；
（4）阀球与阀座密封面有异物造成密封失效；
（5）泵接箍端面刺漏等。由此可见，固定阀的失效是造成抽油泵漏失的主要原因。
通过回收的旧抽油泵的拆检情况，并根据抽油泵的工作原理和实际使用情况分析，发现抽油泵在工作过程中，由于高压液流的作用，固定阀罩内径较大，固定凡尔球在凡尔罩内呈旋转飘忽运动状态，频繁与凡尔罩内壁、凡尔座棱角发生硬性撞击，使凡尔球表面出现刻痕，特别是凡尔座在加工密封斜面时与水平面形成的棱边，与凡尔球相互撞击时应力最集中，对凡尔球的损坏也最严重，在长期抽汲作用影响下，凡尔球不断撞击损坏，其后果是抽油泵漏失量增大，泵效降低。
自2002年炭化钨硬质合金座的推广应用，解决了以前6Cr18Mo材质球座频繁刺漏的问题，但同时由于阀座硬度的提高（由HRC53提高到HRA88，而凡尔球仍为9CR18Mo硬度HRC58），导致凡尔球频繁损伤，有的甚至刚刚下井就造成泵漏失而工序返工。为了解决这一问题，我们曾考虑提高凡尔球硬度，但经实验，由于炭化钨硬质合金座硬度较高，脆性相对较大，两种高硬度的材料相互配合又造成了座的碎裂。因此，经过进一步研究认为，只能通过改变固定阀罩与座的设计结构来解决这个矛盾。固定凡尔结构的技术改造如下：
凡尔球直径为38mm，改进前：凡尔球与凡尔罩内壁间隙为5.5mm，凡尔球工作时飘忽运动空间较大，易造成磨损；改进后：在不影响阀球启闭灵活性及泵效的情况下给凡尔罩内壁增加五道导向筋，扶正凡尔球，使凡尔球与导向筋的间隙仅1mm，从而有效限制了凡尔球的径向运动，即：凡尔球只能在凡尔罩内做轴向运动，基本消除了飘忽运动。改进中的技术数据依据石油工业出版社出版的《抽油泵》一书公式计算得出，其中：阀罩导向筋内径D=1.04DQ（DQ―阀球直径），取D=40mm；阀罩导向筋宽度依据N・C>0.6 DQ（N―槽数，N=5；C―导向筋宽度，取C=8mm）得出。
改进前：密封斜面宽度仅1.5mm，而凡尔球径向活动量为5.5mm，因此，极易撞击到密封斜面棱边，造成凡尔球损坏；改进后：在保证密封斜面锥角仍为35o的情况下，将密封斜面各加宽2mm，宽度为3.5mm，而凡尔球径向活动量为1mm，完全消除了凡尔球撞击密封斜面棱边的可能。
通过上述技术改进，防止了凡尔球与凡尔座密封斜面棱边相互撞击，较好的解决了抽油泵工作时，阀球飘忽量大，易磨损的问题，有效预防了抽油泵固定阀漏失而作业检泵这一严重井下事故的发生。
经过改进的固定凡尔投入现场使用后，取得了良好的经济及社会效益：
（1）由于增加了凡尔罩内壁导向筋并加大了凡尔座密封斜面的宽度，从而限制了凡尔球的飘忽量，且排除了凡尔球与凡尔座密封斜面棱边的撞击，延缓了凡尔球的磨损速度，提高了抽油泵的使用质量，有效延长了检泵周期；
（2）在采油生产过程中，液流从固定凡尔罩导向筋间通过，避免了凡尔球飘忽运动所造成的液流阻力，具有一定的增效作用。
（3）固定凡尔进行技术改进后，与2003年3月投入使用，效果良好，未影响抽油泵的正常采油。经统计对比，2003年3月前同期因抽油泵固定阀漏失而作业检泵18井次，2003年3月至今，仅发生此类问题6井次，减少12井次。按单井作业费用3万元计算，节约作业费用36万元。