油田抽油泵偏磨机理及其影响因素的深度剖析

摘  要：在石油开采过程中，油田抽油泵作为关键设备，其运行稳定性直接关系到油田的产量和经济效益。然而，在实际生产中，抽油泵偏磨现象屡见不鲜，导致设备故障、维修成本增加，甚至影响油井的正常生产。本文将从油田抽油泵偏磨机理和影响因素展开对抽油泵的深度剖析，并提出防范措施，以期为油田生产提供有益的参考。

关键词：油田抽油泵；偏磨机理；影响因素

油田抽油泵是油气田开采过程中的关键设备，主要用于将地下的原油抽提到地面。抽油泵通常由泵筒、活塞、游动阀、固定阀等部件组成。在实际工作中，油田抽油泵经常出现偏磨现象，即泵筒与柱塞之间的磨损不均匀，导致泵效降低、能耗增加、维修成本上升，甚至可能引发泵杆断裂等严重事故。偏磨问题已成为制约油田抽油泵正常运行的主要因素，对原油生产造成严重影响。

一、油田抽油泵工作原理简介

油田抽油泵作为油田开采的核心设备，其主要工作原理是利用泵筒与泵杆之间的相对运动，产生负压将地下的原油抽出地面。泵筒固定在油管中，泵杆则通过地面驱动装置进行上下往复运动，泵杆底部连接一个单向阀门，当地面驱动装置提起泵杆时，泵筒内形成负压，原油通过泵底部的单向阀门被吸入泵筒，随着泵杆的下降，原油被压出泵筒，通过油管输送到地面。

偏磨会导致泵筒与泵杆之间的间隙增大，泵效降低，影响原油产量，会使泵杆负载增大，能耗增加，提高生产成本；此外，偏磨还可能引发泵杆断裂、泵筒磨损等设备故障，导致油田生产中断，影响油田安全生产。因此，深入研究油田抽油泵偏磨机理及其影响因素，对于提高油田生产效益具有重要意义。

二、油田抽油泵偏磨机理

油田抽油泵在长期运行过程中，由于多种因素的影响，会导致泵筒与活塞之间的相对运动产生不均匀磨损，即偏磨。偏磨的基本过程主要包括泵筒与活塞间隙的变化、表面粗糙度的增加、摩擦力的增大以及磨损颗粒的生成。在这个过程中，磨损颗粒会进一步加剧磨损，形成一个恶性循环。

根据磨损部位和磨损特点，抽油泵偏磨主要表现为以下几种形式：泵筒内表面的磨粒磨损，主要是由于原油中的砂粒等硬颗粒对泵筒内表面的刮擦；活塞与泵筒之间的粘着磨损，主要是由于高压力、高温度条件下，活塞与泵筒表面材料的粘着；腐蚀磨损，主要是由于原油中的腐蚀性成分对泵筒和活塞材料的腐蚀作用。

抽油泵偏磨的物理本质是泵筒与活塞表面之间的相互作用。在抽油泵工作过程中，由于泵筒与活塞间隙、表面粗糙度、工作压力、温度等因素的影响，使得泵筒与活塞表面之间的摩擦力增大，磨损加剧。磨损过程中，表面材料发生塑性变形、断裂、脱落，形成磨损颗粒。这些磨损颗粒在摩擦过程中，会进一步加剧磨损，形成一个正反馈的磨损过程。因此，抽油泵偏磨的物理本质是摩擦、磨损和磨损颗粒的相互作用。深入了解抽油泵偏磨的物理本质，对于研究防范措施具有重要意义[1]。

三、油田抽油泵偏磨的影响因素

（一） 抽油泵结构设计的影响

泵筒与活塞间隙的大小直接影响着泵的正常运行和偏磨情况。若间隙过大，会导致泵内介质流动不畅，产生涡流，加剧磨损；若间隙过小，则可能导致泵在运行过程中因热膨胀等原因产生卡泵现象，同样会加速偏磨。

表面粗糙度对泵筒与活塞之间的摩擦磨损具有重要影响。表面粗糙度过大，会增加泵筒与活塞间的摩擦力，加剧磨损；而表面粗糙度过小，则可能导致泵筒与活塞间的润滑性能下降，使磨损问题加剧。

（二）工作条件的影响

工作压力对抽油泵偏磨的影响主要体现在压力波动和压力过载两个方面。压力波动会导致泵内介质流动不稳定，加剧磨损；而压力过载则会使泵内各部件承受超出设计范围的力，从而加速偏磨。

工作温度对抽油泵偏磨的影响主要体现在材料的热膨胀和热疲劳方面。温度过高，可能导致泵内各部件热膨胀不均匀，产生应力集中，加剧磨损；同时，高温还可能导致材料疲劳强度降低，使磨损问题加剧。

（三）介质特性影响

原油粘度对抽油泵偏磨的影响主要体现在泵内介质的流动性和润滑性能方面。原油粘度过大，会使泵内介质流动性降低，增加泵内各部件间的摩擦磨损；而原油粘度过小，则可能导致泵内润滑性能下降，使磨损问题加剧。

原油含砂量对抽油泵偏磨的影响主要体现在磨料磨损方面。含砂量过高，会使泵内介质中的砂粒对泵内各部件产生磨料磨损，加速偏磨。

（四） 材料性能影响

材料硬度是影响抽油泵偏磨的关键因素之一。硬度较低的材料容易在泵内介质的高速冲刷下产生磨损；而硬度较高的材料则具有较好的抗磨性能[2]。

耐磨性是衡量抽油泵材料抵抗磨损性能的重要指标。耐磨性较差的材料在泵内介质长时间冲刷下，磨损速度较快；而耐磨性较好的材料则能有效地减缓偏磨问题。

四、油田抽油泵偏磨的防范措施

针对油田抽油泵偏磨问题，优化结构设计是关键。可以从以下几个方面进行：首先，采用高强度、高耐磨的材质制造抽油泵，提高其抗磨性能；其次，改进泵筒与柱塞的配合精度，减小间隙，降低偏磨现象；再次，优化泵筒内流道设计，降低液流湍流程度，减少磨损；最后，采用先进的表面处理技术，如涂层技术，提高抽油泵部件的耐磨性[3]。

合理调整抽油泵的转速、冲次等参数，可以有效降低偏磨现象。具体措施包括：根据油井产能和泵挂深度，选择合适的泵型；合理控制抽油泵的转速和冲次，避免过快或过慢导致的磨损；调整泵挂位置，使泵处于油井的最佳工作状态。

油井产出液的性质对抽油泵偏磨具有重要影响。为降低偏磨，可以采取以下措施：优化油井生产调控，降低产出液的含砂量；采用化学方法，如添加防砂剂，改善产出液性质；加强油井清蜡工作，防止蜡垢沉积导致的偏磨。

加强抽油泵的日常管理与维护，对预防偏磨具有重要意义。具体措施包括：建立健全抽油泵维护保养制度，定期检查、更换磨损严重的部件；加强对抽油泵运行状态的监测，发现异常及时处理；提高操作人员的技术水平，严格按照规程操作，降低偏磨风险。

五、总结

油田抽油泵偏磨问题的研究具有重要的理论意义和实际价值。通过对偏磨机理及其影响因素的深入剖析，为油田开发中抽油泵的选型、使用和维护提供了科学依据，有助于提高我国油田的开发效率和经济效益。通过本文的深度剖析，希望能为油田生产提供有益的参考，降低抽油泵偏磨现象，提高油田经济效益。同时，未来还需进一步开展相关研究，探索更多有效措施，为我国石油事业的发展贡献力量。

参考文献：

[1] 朱峰.风城油田浅层超稠油SAGD井下杆柱优化研究[D].中国石油大学（北京），2022.DOI：10.27643/d.cnki.gsybu.2022.002156.

[2] 周人杰.往复抽油泵结构设计与仿真分析研究[D].武汉工程大学，2022.DOI：10.27727/d.cnki.gwhxc.2022.000653.

[3] 马前进.TT油田杆管偏磨机理及防治措施研究[D].东北石油大学，2021.DOI：10.26995/d.cnki.gdqsc.2021.000226.