0 引言

低渗、超低渗透油田等非常规油气藏的深度开发成为我国老油田增产稳产的必要手段，然而这部分低产油井单井日产液量不足2 m^3[1]，常规抽油泵阀罩结构单薄，且小泵径会造成断脱事故频发^[2-3]，而采用ø32 mm的抽油泵理论排量远大于低产油井的供液能力，从而造成了目前低产油井开采领域普遍存在的供采不平衡问题。低产井供采不平衡可能会导致抽油泵空抽，从而引起柱塞与泵筒干磨，加剧磨损，而且泵效低和悬点载荷大还带来不必要的能源浪费。虽然减小抽汲参数可以缓解油田的供采不平衡现状，但是要达到日产液不足2 m³的油井供采标准，需要更换减速器或增加变频调节装置，进而带来额外的成本投入。因此，减小抽油泵的柱塞直径，研制新型小直径抽油泵是解决低产油井采油领域现存问题的唯一途径。

笔者通过对常规抽油泵和各油田普遍试用的小排量抽油泵的结构和工作原理的分析^[4]，得出了限制小排量抽油泵在低产井领域应用的主要原因：①常规小直径抽油泵阀罩结构单薄；②实心柱塞抽油泵内流复杂、抽空以及原油溶解气逸出造成的泵腔内气体排出困难^[5-10]；③游动阀外置结构^[11-12]余隙容积过大，只能用于大沉没度工况。为了克服现存小排量柱塞泵结构单薄、内流复杂及气体影响严重等缺点，笔者研制了强度高、内流特性好、出油阀流道面积大、气体影响小且柱塞直径只有25 mm的偏置出油阀实心柱塞小排量抽油泵，而且证明了该抽油泵在低产油井采油领域能够显著提高泵效，降低悬点载荷和能耗。

1 技术分析 1.1 结构

偏置出油阀实心柱塞小排量抽油泵由柱塞总成、泵筒总成、偏置出油阀总成和进油阀总成组成。柱塞总成由拉杆和实心柱塞组成；泵筒总成由油管接箍、油管短节、外管上接箍、泵筒上接箍、外管和泵筒组成；偏置出油阀总成包括上偏置阀异径接头、偏置阀罩、出油阀、出油阀管塞、密封螺栓和下偏置阀异径接头；进油阀总成包括加长短节、短节接箍、进油阀、进油阀罩和进油阀固定接头。其基本结构如图 1所示。

1.2 工作原理

偏置出油阀实心柱塞小排量抽油泵工作原理如图 2所示。

上冲程时，抽油杆带动拉杆上行，此时出油阀在油管液柱压力下处于关闭状态，泵腔内容积增大，压力降低，进油阀在压差作用下打开，原油通过进油阀流入抽油泵泵腔的加长短节处，当实心柱塞向上运动离开加长短节而进入泵筒时，进泵原油也随之流入泵筒中。

下冲程时，抽油杆带动拉杆下行，泵腔内压力升高，此时进油阀在压差的作用下关闭，当泵腔内的压力大于油管液柱压力时出油阀球打开，原油通过偏置出油阀进入油管中。在柱塞下行末期，柱塞底端进入加长短节中。

当油井含气量较高或供液严重不足导致抽空时，泵腔内存在一部分气体或高含气液体，如图 3所示。上冲程时，气体或高含气液体会积聚在柱塞底部并占据泵腔一部分空间，在柱塞向下运行时，柱塞推动原油下行，当柱塞下端面下行至出油阀以下时，柱塞速度减至最小，紧贴柱塞下端面的气体或高含气液体会因浮力作用转移至出油阀底端，当柱塞运行至加长短节并进入一部分时，气体或高含气液体完全排出泵腔。该泵进油流道平直，原油逸出气体减少，出油时保证了出油阀位于泵腔最高处，从而解决了原油溶解气不易排出对实心柱塞抽油泵工作性能的影响。

1.3 主要技术参数

偏置出油阀实心柱塞小排量抽油泵主要技术参如表 1所示。

从表 1可以看出，偏置出油阀实心柱塞小排量抽油泵最大外径为104 mm，常用ø139.7 mm套管通径最小为115.4 mm，使用该抽油泵时会保留约5.5 mm间隙。因此，该泵能够满足各大油田的工况，从而确保了抽油泵的通用性。

2 结构特点及创新性 2.1 结构特点

(1) 偏置出油阀实心柱塞小排量抽油泵的加长短节与柱塞的直径差值为4~5 mm，加长短节略长于防冲距100 mm，通过合理调整防冲距，当柱塞运行至加长短节中时速度已经接近最小值，此时柱塞缓慢运行会挤压加长短节中的原油，使得原油从柱塞与加长短节的间隙中缓慢流出，通过出油阀排出泵腔。

(2) 该泵的出油阀管塞扳手处径向设计降气孔，打穿管塞外壁，使得紧贴偏置出油阀下壁的原油可以流出泵腔，这部分原油在柱塞下死点时处在泵腔最高处，属气体或高含气液体，降气孔有利于此处液体的完全排出。

(3) 为延长抽油泵的使用寿命，设计冗余式偏置出油阀腔，即偏置出油阀腔为4阀圆周均布结构，工作时只开启1个，其余用密封螺栓堵死。当出现出油阀漏失严重，球室内壁磨损时，可以在原泵的基础上，调换出油阀球室来延长该抽油泵的使用寿命，降低成本。

(4) 为保持抽油泵出油阀的导向性、减小外形尺寸并保持良好的工艺性，出油阀采用大流道球室结构，出油孔采用非均匀布置，以保持抽油泵最大外径不超过104 mm，其结构如图 4所示。

2.2 技术创新性

(1) 偏置出油阀实心柱塞小排量抽油泵采用的偏置出油阀结构改善了实心柱塞抽油泵的内流性能，减少了进泵液体溶解气的逸出和柱塞断脱，促进了原油逸出气体的排出。

(2) 出油阀球直径不受柱塞严格限制，出油流道面积大，有利于泵腔内的液体排空。

3 现场试验

现场试验中，低产油井应用实心柱塞小直径抽油泵相对API最小泵径 (32 mm) 泵效提高约10%，上冲程悬点载荷也有较大幅度减小，上、下冲程悬点液体静载荷理论减小60%。图 5是应用API最小泵径和小排量抽油泵前后的悬点示功图。工况参数如表 2所示。

从示功图可以看出，采用小排量抽油泵后液体载荷减小约45%，载荷峰值减小，示功图波动平缓，功率也大幅度降低，从而降低了能耗，提高了系统效率。由此可见，采用小排量抽油泵后对泵效和系统效率的提高有着重要的作用。

4 结论

(1) 偏置出油阀实心柱塞小排量抽油泵的柱塞采用实心结构，结实可靠，能够减少柱塞断脱事故，降低打捞作业成本。

(2) 出油阀偏置，内流道平直，进泵流体的阻力损失小，减小了进泵原油的气体逸出，提高了抽油泵泵效。

(3) 柱塞下死点时进入加长短节中，出油阀高于实心柱塞下端面，促进了泵腔残余气体的排出，降低了气体对实心柱塞抽油泵的影响。

(4) 对常规和小排量抽油泵的泵效与功图的分析结果表明：小排量抽油泵对提高低产油井采油泵效以及系统效率有着重要的作用和意义。