多年来，潜油电泵抽油在机械采油领域一直占有着相当重要的地位。无论早期进口的Ｒｅｄａ、ＯＤＩ、Ｃｅｎｔｒｉｌｉｆｔ泵，还是后来国内设计并大批量推广使用的９８系列泵，都没有把井液中 含砂作为明确的设计条件加以注意。美国Ｒｅｄａ公司提出，潜油电泵适用油井最大含砂量为０．５‰，大于该指标，不能保证机组的正常运转和寿命。 在早期的潜油电泵应用过程中，目的是大排量提液，以达到油井增产的目的。往往是一口井只要有增产潜能，就下电泵，而忽视了油井出砂情况。特别是随着砂岩油层的不断开采，若注采关系失调，地层亏空越来越大，地层压力不断下降，造成油层坍塌，油层出砂会更严重。出砂导致的电泵井故障连续不断。砂卡使机组频繁过载停机、断轴、机组落井等，为了使潜油电泵在出砂油井中能成功的使用，设计了耐磨潜油电泵机组。
一、油井出砂对潜油电泵机组的影响
１．出砂引起的电泵故障
油井出砂对机组的最直接影响是砂卡电泵，引起电流过
载停机。滨南某井因砂卡而起出的反修电泵，拆检发现泵导叶轮流道内全灌满了砂子。机组落井是砂损坏电泵的又一典 型故障，１９９６年胜采全年电泵机组落井一百多口。孤岛、孤东、纯梁采油厂都曾因油井出砂严重，下电泵失败而影响了电泵的使用，电泵井数减少。总结砂引起的电泵故障，主要包
括六个方面：
（１）油井生产过程中产量逐渐下降，甚至不出液；（２）电机频繁过载停机；
（４）离心泵或分离器壳体因磨损断裂而机组落井；（５）保护器失效，电机进水烧；
（６）电机、
电缆发热而烧毁。２．泵内损坏情况
拆检故障机组，对大量离心泵内部的损坏情况进行统
计，发现典型的损坏部位有：
（１）各处的扶正轴承磨损严重。轴和轴承之间间隙很大，轴承起不到扶正作用。有的轴承偏磨严重，有的３．５ｍｍ的轴承壁厚全被磨穿，泵轴歪斜着没有任何支承。 （２）叶轮和导壳配合处磨损严重。在每级叶轮叶轮入口
端外圆处、叶轮轮毂和叶轮上盖板平衡环外圆处磨擦副部位的叶轮、导壳都有明显的去除材料痕迹，配合间隙增大，有的干脆全部磨没，失去原来的叶轮、导壳形状。
（３）所有泵都出现叶轮下止推垫片磨损现象。磨薄、局部磨穿、磨没，程度不等。有的在垫片磨完后，又磨损叶轮下盖板，严重者下盖板磨穿，叶片裸露，完全失去了离心力增压举升液体的功能。
（４）泵轴磨成曲轴。叶轮柄与导壳配合部位，叶轮柄磨没后，高速旋转的轴与粗糙的井液及导壳之间长期直接磨损，泵轴失去扶正后，泵轴弯曲发生偏磨变成曲轴。
（５）观察损坏的导叶轮，还发现有的导壳穿孔，是流动的
砂粒长期剥蚀造成。泵入口处花键套，裸露的泵轴、泵座部分，都有程度不等的砂粒剥蚀造成的痕迹。
通过上述油井出砂对离心泵的危害描述及原因分析，可以看出潜油电泵在含砂油井中的损害方式主要是砂粒对泵内接触面的磨损，从离心泵的解剖情况看，泵的磨损类型有径向磨损、轴向磨损和侵蚀磨损三种。
二、损坏机理
当粗糙的硬表面或含有硬颗粒的软表面在软表面上移动，两个软表面之间有硬颗粒时，都会引起磨蚀。其磨损速度与负荷成正比，与滑动距离成正比，而与表面硬度成反比，由于砂子硬度（８００ＨＶ）比泵内所用零件硬度高，造成磨损。
导叶轮磨损，造成径向间隙逐渐增大，高压井液自间隙泄露，泵的容积效率下降，表现为井液产量下降。泵的下盖板磨穿后，表现为泵不能增压举升液体，油井不出液。当较多的砂粒进入导叶轮配合间隙，特别是砂粒粒径较大时，导致局部卡死，高速旋转的轴不能转动，负载增大，电流升高，机组过载停机。停机、振动或泵内液体的流态发生变化后，容易解除砂卡，开机后还能正常生产，之后又可能砂卡。但频繁的过载停机、起动，电流升高，会造成机组温升高，引起电机、电缆发热烧。当砂卡不能解除，会引起机组断轴损坏。
材料太软，扶正轴承磨损，间隙增大，起不到扶正作用。高速旋转的泵轴及轴上叶轮，会产生强烈的振动。振动会引起保护器机械密封失效，电机进水烧。振动使连接螺栓松动、
作者简介：杨文清（１９６５－），女，山东宁津人，中国石化胜利油田分公司胜利泵业有限公司研发中心工程师。
出砂井中潜油电泵的设计与应用
杨文清
（中国石化胜利油田分公司胜利泵业有限公司研发中心，山东东营２５７０７９）
新型建筑模板
摘
要：对潜油电泵的发展及应用过程中存在的问题进行了分析。在对潜油电泵机组的损坏情况和原因
分析的基础上，提出出沙井中潜油电泵机组的设计方案及配套工艺方案。
关键词：潜油电泵；损坏机理；轴承设计
中图分类号：ＨＴ３１１
文献标识码：Ａ文章编号：１００８－８０８３（２００７）０５－００６４－０３第２１卷第５期胜利油田职工大学学报
防眩通路灯Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．５
２００７年１０月
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＥＮＧＬＩＯＩＬＦＩＥＬＤＳＴＡＦＦＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
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甚至断裂，导致机组落井；振动还会使电缆与机组、油管频繁撞击，最终损坏电缆。
砂粒长期冲刷分离器、泵等联接件表面，材料剥蚀掉，引起薄弱零件处强度减弱，最终会导致机组落井。
１－轴承２－内圈３－外圈４－０环５－定位销
图１硬质塑性轴承结构图
三、防砂耐磨潜油电泵机组的设计
１．防砂耐磨泵的设计
从砂对泵的损坏情况可知，克服轴承及导叶轮的径向磨损、轴向磨损，是研制防砂耐磨泵的关键，而机组中离心泵和分离器是举升液体的部件，具体包括材料和结构的改进。
（１）硬质塑性轴承的设计
为较少径向磨损，在泵的两端以及每隔一定间距的导叶轮级间，设计了数个硬质塑性轴承，如图１所
示轴承内、外圈为高硬度新型耐磨材料，外圈外圆面套有过盈塑性“Ｏ”环。轴承座、内圈、外圈、“Ｏ”环等组合形成硬质塑性轴承。外圈与轴承座之间有间隙，靠“Ｏ”环过盈预定位，定位销与轴承座孔留有适量间隙，保证塑性正。
硬质轴承硬度高（１２５０ＨＶ），即使砂粒（８００ＨＶ）进入磨擦副，也不会损坏，径向间隙减小。试验证明，轴承副比硬质合金轴承副耐磨性更好。同时，该材料还有很好的热稳定性（１０００Ｆ下保持结构不变形，热膨胀系数１１．４×１０６／℃）、强度高、冲击韧性好、优秀的润滑性等优点。
该轴承同时是一种减振装置。塑性对硬件间的高速旋转产生减振作用。单节５ｍ长的离心泵，泵轴细长杆件自身的直线度误差，就容易产生偏心、振动，磨损后径向间隙增大，振动更严重。塑性轴承可实现自动正、自动定心。泵运行期间可实现边磨损、边正。塑性轴承使泵轴始终处于良好的工作状况。泵的无振动运行，可避免振动引起的机组故障。
（２）新型结构导叶轮的设计
如图２为原结构导叶轮结构图，图３为防砂导叶轮结构图。比较二者，可以看出新型导叶轮的结构和优点：
１）去掉叶轮密封环部位的磨擦副，可以减少泵内磨擦副的数量和磨擦接触面积，减少砂卡发生位置，提高泵的效率。
２）叶轮取消平衡孔的水力平衡式结构设计，避免了井液的重新循环流动，减少了导叶轮的磨损和剥蚀。
３）导壳的轴承座结构设计，使井液平滑地过渡进入叶轮，可减少砂的沉积。轴承座结构把两级叶轮轮毂结合处封闭，导叶轮之间的磨擦副被封闭，可避免砂粒进入导叶轮磨擦副。减小导叶轮轮毂的径向磨损。原结构导叶轮之间磨擦副裸露于井液中，其径向一经磨损，砂粒立刻在磨擦副内沉积，同时砂粒在叶轮轮毂和轴之间沉积，会卡住叶轮，阻止叶轮在轴上浮动，从而使传到止推轴承上的轴向力增大，减小止推轴承的使用寿命。
４）叶轮选用新型耐磨材料垫片，垫片厚度增加，采用双止推下垫片，增大支承面积，减小ＰＶ值，增加轴的下止推能力，可减缓轴向磨损速度，延长止推垫片和导叶轮的使用寿命。
（３）螺钉设计
起重安装对机组各大部件之间的连接螺钉重新进行了设计，通过强度计算，对联接螺钉数量、材料进行了调整，增加各部件间的连接强度，防止震动造成的螺栓松动、疲劳断裂或剪切损坏引起的机组落井。
图２原结构导叶轮结构图
图３防砂导叶轮结构图
２．耐磨分离器的设计
作为泵的吸入端，分离器属于泵的一部分。含砂液体流经此处，同样引起损坏。分析关键易损点，把分离器下接头、分离壳、导流壳三处的轴承部分，同样也设计成硬质耐磨材料轴承结构，起到防砂耐磨作用。
３．配套工艺的设计
经计算，进入泵的砂粒粒径最好小于０．１ｍｍ。易引起卡泵、断轴、过载停机的大直径砂粒，应控制进入泵内。因此，作为防砂泵的配套工艺，设计了电泵用滤砂器［１］。此滤砂器可滤掉直径大于０．０８８ｍｍ的砂粒，滤砂器设计成反循环冲洗型，以备长期使用造成滤砂管堵塞后，反循环洗井加以解堵。
一体式三格化粪池
４．双单流阀的设计
作为防砂泵排出口处的防砂工艺，泵出口处安装两个单流阀，防止事故停机后，油管内的砂粒沉淀进入泵内，导致砂堵塞电泵，影响下次开机成功。
综上所述，防砂耐磨潜油电泵机组的管柱结构及各主要部件组成部分如图４所示。防砂耐磨离心泵部分是该机组的
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（上接第５９页）
从分析结果还可以看出，对堆积体边坡，当浸水最大深度位于自然状态下边坡滑动面以上（含滑动面内）时，饱水层厚度对边坡安全性的影响是非常显著的；当浸水最大深度位于边坡滑动面以下时，边坡的安全性与浸水深度无大关系。
四、结论
因此，在设计边坡坡率时，不能只考虑自然状态下边坡稳定性，还应该考虑在不同入渗深度时降水对边坡稳定性的影响，对富含亲水矿物的土体，在开挖后应当做好防护，防止雨水的入渗而导致土体抗剪强度降低；同时，还应该尽量避免在边坡滑动体上进行堆载。
参考文献：
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（责任编辑周永红）
核心，根据油井出砂的实际情况，防砂部件的各个组成部分可以分开使用。
图４防砂耐磨潜油泵机组管柱结构图
四、现场应用情况
１９９７年开始，该泵首先在河口采油厂呈东油田应用得到了好评，该区块由于出砂严重，电泵井曾作业频繁，由于该地区为直径较小的细粉砂，油井只用于防砂泵和防砂分离器部分，使用耐砂磨泵后减少了泵的漏失，延长了机组的寿命，大大减少了机组维修费用。
１９９８年推广应用到青海油田、新疆的塔指、吐哈油田、中原油田、辽河油田、大港油田。后来在
印度尼西亚、叙利亚、利比亚等国外油田已得到普遍应用。但是从近几年解剖的资料不难看出，由于机组承受的轴向磨损还是主要依赖叶轮上的止推垫片的作用。在含砂量较大的油井中，该种结构机组不适应性就表现出来了：从印尼项目机组的解剖情况看，２００５年４月以来失效的３９套机组中有１０套机组的叶轮垫片基本磨光，有的叶轮已严重磨损，严重时叶轮前盖板都已磨穿。经化验分析含砂量超标，虽然有配套问题，但也存在轴向磨损比较严重的问题。
五、结论及建议
１．从现场使用情况可以看出，本文关于砂对电泵的损坏情况的原因分析是正确的，新型泵的设计方案可行，结构可靠，有效地防止了砂对电泵机组的损坏。电泵的设计、使用是成功的。
２．在含砂量指标提高２～３倍的情况下，此耐砂磨潜油电泵机组比普通机组运转寿命长，但由于没有室内砂磨损的模拟试验，含砂粒度、含砂量的多少对泵磨损的程度有待于研究。gtem小室
３．由于泵内增加了新型装置，选用了新材料，电泵成本必定有所增加，但它提高了机组的运行寿命，减少了作业次数和作业费用，故用户可以接受。
４．根据现场出现的问题，还应设计既能承受径向磨损又能承受轴向磨损的离心泵，防止叶、导轮之间的干磨，减小保护器止推轴承的工作压力，延长机组的工作寿命。
参考文献：
［１］赵斌．对潜油电泵具有保护作用的井下除砂器［Ｊ］．石油机械，２００３（２）：５６．
（责任编辑周永红）
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