抽油泵固定閥故障治理的對策

2012-10-21 11:54:48張海東趙見平馬存德高興旺

中國設備工程 2012年10期

張海東，趙見平，馬存德，高興旺，李濤

（長慶油田第三采油廠，陜西延安 717507）

一、前言

抽油泵是有桿泵采油系統的三大設備之一，泵效是衡量油田開發水平和管理水平的重要指標。長慶油田第三采油廠虎狼峁作業區正常開井452口，平均單井日產液2.6m3，日產油1.2t，含水48.6%，平均泵掛深度1 562m，沉沒度85m，全部采用有桿泵采油。2010年1月平均泵效30.1%，其中平均沉沒度115m的井有73口，泵效只有23%。而這類井大部分日產液量低，功圖顯示供液不足。從理論上分析，當沉沒度達到7m時，就能克服流體進泵的沿程阻力損失，達到100%的泵效，而實際上卻并非如此。

二、影響泵效因素分析

影響泵效的因素有很多，如沖程損失、泵漏、生產參數等。一般認為對于特定油井在泵況正常的情況下，泵效主要受氣體和固定閥關閉遲緩的影響。

1.氣體影響

(1)游離氣。抽油井深井泵筒內壓力常會低于原油飽和壓力，抽汲時氣液兩相同時進泵，氣體占據泵筒的部分容積而使泵效降低。

(2)溶解氣。活塞上行，油、氣、水三相進泵過程中會產生A、B、C等3個低壓區(見圖1)。導致原油中的溶解氣在此進行分離，最終會在B、C區形成2個低壓區，使氣體能夠充分和原油分離。

以柳136-13井為例，油藏條件下其原油的溶解油氣比為52標m3/m3，泵徑r=32mm，沖程S=2.4m，沖次n=3.5r/min，原油含水為71%。2009年11月20日測得泵的沉沒度為142m，套壓為0.1MPa，泵效為12.4%。

泵掛深處流體的溫度取51℃。當活塞上行時，進泵原油的體積V油為：

圖1 溶解氣影響示意圖

進泵原油在泵的沉沒度條件下能分離出的氣體體積為：

根據克拉伯龍方程知，V氣標在泵腔的氣體體積為：

式中：P標——標準狀況下的壓力，0.1MPa；

T標——標準狀況下的溫度，0℃；

V標——標準狀況下的體積，m3；

P泵——泵在沉沒條件下的外部壓力(P泵=ρgh+P套=(0.71+0.29×0.745)×1 000×9.8×142+0.1=1.389MPa)，MPa；

T泵——泵在沉沒條件下的外部溫度，℃；

L——有效沖程，m；

V氣腔——泵在沉沒條件下溶解氣的體積，m3。

氣腔所占的最大體積為0.159πr2l，即假設流體全部充滿泵腔、原油的氣體全部從原油中逸出，只能占據整個泵腔體積的15.9%。

2.泵腔內原油的氣蝕效應

在抽油泵的沉沒條件下，因高壓和相對較高的溫度以及原油本身成分的復雜性，一旦壓力突然下降，導致原油發生強烈的氣蝕作用，由原來條件下的液相轉化為氣相，氣蝕產物(C6H14等)占據泵腔內大量的有效空間。隨著井深的增加，氣蝕效應隨之加強。

氣蝕產物與溶解氣的區別是：原油氣蝕產物指原油成分中沸點在一定范圍的烴類，在油井條件下處于過飽和狀態，一旦壓力變小這些烴類立即成霧狀占領低壓區，形成油霧。這些形成油霧的烴類分子之間的吸引力較大，一般是多個烴類分子成團狀結構結合在一起。

溶解氣指含氣原油在壓力變小時，碳鏈長度較小的烴類掙脫長鏈烴類分子的束縛進入低壓空間，一般呈單個分子態存在。

3.固定閥關閉滯后

下行時，泵腔內體積變小，壓力升高，固定閥關閉，游動閥打開排液。當固定閥球跳動過高出現回座滯后時，泵內部分液體將漏失，造成泵效偏低。

根據現場統計數據，因固定閥來不及關閉對泵效造成的影響只有12%，與氣體的影響合計占據泵腔體積的27.9%。分析發現，泵腔內還有25%左右的有效空間被原油氣蝕效應產生的油霧所占據。

根據以上分析知道，對一口特定的油井，若泵掛深度一定時，溶解氣的逸出率、原油中氣蝕成分的氣蝕率、因閥來不及關閉而造成的漏失率是影響泵效的主要因素。通過對抽油泵的工藝結構分析發現，減小三者的值、提高抽油泵效，要從抽油泵的固定閥罩上去解決。

三、固定閥最佳跳動高度的確定

從現有閥罩的結構(圖2)看，固定閥球心移動的距離為39mm，閥球運動的距離較大，必然造成兩方面不利影響：(1)上行時為原油中的溶解氣逸出和氣蝕的效果加強提供了有利條件；(2)下行時導致因閥球來不及關閉而造成的原油漏失率增大。

分析認為，球移動后形成的最小過流面積和固定閥座的橫截面積相等時，固定閥球心移動的距離是最佳的，設圖2中P點到球心O2的距離為L，則存在如下關系：

即L=24.2mm。

由于固定閥球坐于固定閥罩上時，球心在過P點的垂直截面上，那么從O1到O2的距離為X，則X2+212=24.22，那么X=12.03mm。考慮加工精度的問題，X取12mm。根據以上計算結果，將抽油泵固定閥罩進行改進，跳動高度由39mm降為12mm，現場應用后取得了明顯效果。

另外，針對固定總成上下接頭密封面頻繁刺漏而導致固漏的問題，在閥座上下密封面各添加一只1mm厚紫銅墊并涂厭氧膠使其有效結合(圖3)，由于紫銅墊塑性較好，固定總成上下接頭在上緊時紫銅墊子發生塑性變形，填補了上下密封面因工藝精度難以實現充分壓實而留下的間隙，杜絕了密封面上的過流、腐蝕和刺漏，同時，針對六孔或四孔閥罩因過流面積小容易被垢砂堵塞的情況，將閥罩改進成空心閥罩(圖4)。