应用技术石油机械三管式防砂抽油泵优化设计孙宝福王志明牛少辉张久利（大港油田集团新世纪机械制造有限公司）并采取在三管式防砂抽油泵上部安装出油阀，根据冲程长度确定外管、中管和内管长度，外管采用薄壁泵筒（壁厚4.76mm），以及在不带沉砂尾管的三管式防砂抽油泵泵下安装砂锚和防砂筛管等措施，将油井含砂状况和抽油泵工况相结合，提高了三管式防砂抽油泵的适用性和可靠性，现场应用收到了较好的防砂效果。

　　引百抽油泵在井液含砂较多的油井中工作时，其泵筒、柱塞、阀副磨损严重，砂卡抽油泵事故经常发生，严重影响抽油泵的使用寿命和油井的正常生产。三管式防砂抽油泵正是为了解决这些问题而设计制造的一种特殊抽油泵，其防砂卡原理是加大泵筒与柱塞的间隙，使砂粒自由通过间隙来达到防止砂卡抽油泵的目的。大港油田集团新世纪机械制造有限公司从美国OILWELL公司引进抽油泵技术资料时，外方提供了三管式防砂抽油泵技术资料，随着国内油田含砂油井的增多，新世纪机械制造有限公司对引进的三管式防砂抽油泵资料进行整理，实施设计优化，使其能够在含砂油井中长期可靠工作。现场应用证明，三管式防砂抽油泵能够很好地避免砂卡抽油泵事故的发生。

　　技术分析三管式防砂抽油泵主要由外管、中管、内管（柱塞）、进油阀（固定阀）、出油阀（游动阀）、进油三通等部件组成，图la为带沉砂外管结构，图lb为不带沉砂外管结构。

　　上冲程：出油阀（游动阀）关闭，中管内腔体积增大，进油阀（固定阀）打开，泵腔进油。

　　下冲程：进油阀关闭，出油阀打开，泵腔出油。通过柱塞内孔、柱塞与中管间隙的井液都进人油管中，下冲程过程无漏失产生。

　　：（1）由3个管镶套而成，中管固定在油管中，外管和内管通过出油阀与抽油杆柱连接在一起，并由抽油杆柱带动外管和内管上下移动。中管内外表面都经过硬化处理，中管相当于外管的柱塞，内管的泵筒。

　　三管之间间隙较大，能使较大粒度的砂粒自由通过，有效防止砂卡；且砂粒通过时不易磨损泵筒和柱塞表面，延长抽油泵的使用寿命。

　　三管式防砂抽油泵是利用大间隙原则，使砂粒顺利通过泵筒与柱塞之间的间隙而防止砂卡。为了减少大间隙造成大漏失的不利影响，采取了以下措施：①内管（柱塞）的密封段加长为1800mm，而常规柱塞密封段长度为600 1200mm，这样可增加密封性，减少漏失。②上冲程时，泵腔进液，油管中井液通过外管与中管之间的间隙向上流动到达中管的上端，在上端转向通过中管与内管的间隙向下流动，经过该条路线流到内管下部的井液为漏失量。井液产生漏失的流动路线经过2次180°折向转弯，大大降低了液体流动冲力，可减少漏失。③外管与中管之间密封段较长，一般为2.57.0m，能够起到较好的密封作用。

　　优化设计为了使三管式防砂抽油泵具有良好的防砂卡效果，根据其自身结构特点、实际油井工况，对三管式防砂抽油栗结构和零件进行优化设计，使其具有良好的适应性和针对性。

　　由于中管内外表面均需硬化处理，采用内外表面渗碳（或碳氮共渗）处理工艺，控制渗层厚度单边不超过0.9mm，以保证中管管壁心部韧性，提高可靠性；严格控制淬火工艺，保证表面硬度多58HRC，提高中管的耐磨性。采用该工艺处理的中管可一次将内外表面硬化处理，工艺比较简便，价格低廉。

　　高含砂油井中，阀球和阀座被砂粒刺坏的现象经常发生，为了增加阀球、阀座的可靠性，固定阀和游动阀均采用双阀结构，材料采用硬度高、性能好的硬质合金，如YG13、YG20（硬度88HRA，弯曲强度2200MPa）。

　　采用大流道结构，可有效防止阀罩损坏和砂粒堵塞球室。将出油阀罩外径增大为85mm，大大提高了强度，避免出油阀罩断裂事故的发生。

　　在三管式防砂抽油泵上部安装出油阀，在停井时能够防止油管内砂粒沉人栗中，达到防止砂卡抽油泵的目的。

　　根据砂粒顺利通过三管之间间隙的原则，确定三管之间直径间隙为大砂粒直径的3~5倍；由于外管与中管配合密封段较长（一般为4~7m），可将间隙选为砂粒直径的4 ~5倍，内管与中管配合密封段较短（一般为1.5~2.1m），可将间隙选为砂粒直径的3~4倍。在环渤海油田（胜利、辽河、大港、冀东），油井砂粒直径为。7~ 0.17画，间隙设计为0.40 ~0.55mm；可以根据具体井况进行间隙调整，如稠油含砂油井可将间隙适当加大，当粘度大于1mPaS时，可将间隙增大至1mm左右。

　　在间隙相同条件下，密封段长度越短越不易卡泵，在泵挂深度浅、产液量大或稠油油井中，可适当将密封段长度缩短。

　　根据冲程长度来确定外管、中管、内管长度，使工作过程中内管在冲程上端伸出中管3 ~08m，以减少砂粒在中管内的聚集。

　　8外管采用薄壁泵筒（壁厚4.这样可加大外管与沉砂外管之间的环空通道，避免在其环空中形成砂桥卡阻外管。

　　9.在泵下安装砂锚和防砂筛管在不带沉砂尾管的三管式防砂抽油泵泵下安装砂销和防砂筛管，保证进入泵中的砂粒为细粉砂，可有效防止砂卡抽油泵。

　　漏失量试验及现场应用试验参数：试验压力10MPa，内管与中管之间密封段长度1.8m，外管与中管之间密封段长度5m.漏失量试验数据及测量间隙见表1.从表1可以看出，内中外3管之间漏失量在常规抽油泵23号间隙规定漏失量范围内，符合GB/T18607抽油泵及其组件规范中的规定。

　　表1内中外3管之间漏失置试验数据及测ft间隙规格/mm样机内管与中管之间漏失量/（mL内中外3管之间漏失（mL间隙/mm大港油田公司作业二区在港8 -7-1油井进行了044mm三管式防砂抽油泵的现场试验，抽油泵冲程3ra，冲次5min-1，泵挂800m，含砂质量分数0.5，初期泵效达90以上，日产液33m3，日产油6.5t，正常生产330d（原来该井检栗周期为46d），大大延长了抽油泵的工作时间。在大港、辽河等油田应用，收到了较好的防砂效果。

　　结束语采用改变液体流动方向及加长密封段长度的密封原理，使三管式防砂抽油栗在较大间隙的条件下具有较小的漏失量。通过对三管式防砂抽油栗优化设计，提高了适用性。现场使用证明，三管式防砂倍息广角抽油泵具有良好的防砂卡性能，能够延长工作周期，且效率较篼，是一种值得推广使用的防砂抽油泵。

　　三管式防砂抽油泵外径较大、价格昂贵（是常规防砂抽油栗价格的3倍），使用时需要配套对接器。因此，降低成本、提高对接器可靠性、不断完善优化设计是规模性推广应用三管式防砂抽油泵的基础工作。

　　：孙宝福，教授级篼级工程师，生于1962年，1984年毕业于石油大学（华东）矿场机械专业，石油大学（华东）在读博士研究生，现从事管理工作。地油井作业用大功率柱塞泵为满足油井酸化、压裂作业需要，美国SPM公司和GardnerDenver公司推出了几种规格的大功率柱塞泵。

　　公司的GD―3000柱塞栗GD―3000采用了外置的减速器，减速器可根据用户的要求放在泵的动力端曲轴的任意一边。吸人管与排出管可以接在泵的任意一端。

　　两头的轴承为青铜材料的滑动轴承，主轴承为滚动轴承。十字头导板及十字头为铸钢件，曲轴用高强合金钢锻造，精密机械加工，表面做了硬化处理；连杆表面硬化处理，柱塞表面喷焊处理。

　　（11英寸），减速比7.8：1，高工作压力154.8MPa，高工作压力下排量的工作压力23.7MPa，大柱塞直径178mm（7英寸），小柱塞直径114mm这2种泵液缸均用高强度合金钢锻造，整体结构DQWS2500泵曲轴两端各安装1个大齿轮，与输人轴上的小齿轮构成了一个一级减速机构。泵壳采用A514的结构钢焊接而成，强度完全满足要求。这种泵是按每周工作6d，1d工作10h的要求设计的。完全可满足油井作业的需要。

　　QWS3500泵采用与泵壳联在一起的外置两极减速器，轴头带法兰盘，供与万向轴连接。外置减速器可以装配在曲轴的任意一端。

　　这2种柱塞栗的主要技术参数如表1所示。

　　表1QWS2500和QWS3500柱塞泵技术参数型号功率/kW冲程/mm减速比大柱塞推力/kN篼工作压高压力下排大排量下压力/MPa大排量/柱塞数大/小柱塞直径/mm泵质量/kg夕卜形尺寸/mm（刘济宁）