抽油泵增效裝置在深井油藏的應用

高洪寶（大慶鉆探工程公司鉆井三公司）

大慶外圍西部油層埋藏深，泵抽液柱高，平均泵掛深度1463m，大部分為深部及中深部油藏，有桿泵泵抽過程中沖程損失大[1,2]，泵上液柱壓力高，間隙漏失嚴重，泵效損失大。據統計，2012年深井區塊平均單井泵效約為31%，較淺井區塊平均低16個百分點，處于較低水平。因此，試驗在泵抽桿柱上安裝抽油泵增效裝置，通過減少沖程損失及漏失量，增加抽油泵有效做功，調高泵效[3,4]。

1 增效裝置

1.1 增效裝置組成結構

抽油泵增效裝置主要由上下接頭、中心桿、攜液環等部分組成，結構見圖1。

圖1 增抽裝置結構圖

該裝置在上沖程時抽油桿帶動活塞及增效裝置向上運動，最下一級攜液環與下接頭處形成硬密封狀態，進液通道封堵，攜液環帶動液流向上抽提，實現井口排油。下沖程時抽油桿帶動活塞及增效裝置向下運動，攜液環在液流壓力作用下，克服重力向上浮起，進液通道開啟，管柱內液流經中心進液槽逐級進入上部油管。增抽裝置在上下沖程過程中的狀態，見圖2。

圖2 增抽裝置在上下沖程過程中的狀態

1.2 增效裝置管柱結構

1）技術參數：攜液環外徑為Ф60mm，中心桿直徑為Ф36mm。上下接頭均設計為普通抽油桿扣。

2）每口井安裝數量N，N=下泵深度/450。

3）安裝位置：柱塞上部第一根抽油桿串聯安裝一個增效裝置，間隔450 m安裝一個增效裝置，以此類推，如圖3。其中，增效裝置①主要起降低柱塞上部液柱壓力，減少漏失量的作用；增效裝置②、③主要起減少桿柱伸長量，降低沖程損失作用。

2 增效裝置增抽機理分析

作用一：減少桿柱沖程損失，提高泵效。

抽油泵增效裝置與油管內徑配合間隙較小，且上沖程過程中液流通道封堵，能起到“撈油抽子”的作用，分擔管柱液柱質量，減少桿柱伸長量。

圖3 增效裝置安裝位置示意圖

由桿柱伸長量公式[5-7]：

式中：

ΔL——管柱伸長量；

L——管柱長度；

F——管柱所受到的拉力；

A——管柱截面面積；

E——管柱彈性模量。

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安裝增效裝置后，油管內液柱質量分解為三段，見圖3，即：ΔL1、ΔL2、ΔL3

計算三段的變形量分別為：

安裝增效裝置后的變形量為：

即：使用增效裝置后可以減少桿柱伸長量33.3%。

表1 安裝抽油泵增效裝置前后泵效變化情況

由計算結果可知：隨著泵掛深度的增加，管柱伸長量增大，泵效損失也越大；增效裝置能夠有效減少管柱伸長量，進而減少泵效損失。

作用二：減少泵漏失，提高泵效。

安裝抽油泵增效裝置后，抽油泵在上沖程時，柱塞上部液柱壓力轉移到增效裝置處，使柱塞上下壓差為零或負值，最大程度降低泵漏失量消除霧化現象，從而提高泵效。

根據抽油泵漏失量公式：

式中：

Q——抽油泵漏失量；

D——柱塞直徑；

C——直徑間隙；

ΔP——柱塞兩端壓力差；

μ、L——井液黏度與柱塞長度。

選擇配合間隙為一級配合的Φ38mm抽油泵，計算泵抽管柱在安裝增效裝置前后理論漏失量情況，結果見表2。

表2 安裝增效裝置前后漏失量變化情況

經上述計算，使用增效裝置可以減少柱塞漏失量0.222m3/d，減小泵效損失1.2%，實際情況存在抽油泵輕微漏失井及大泵井等，該裝置會有更明顯的增抽效果。

通過上述理論計算，1500m泵抽管柱安裝增效裝置后，通過減少沖程損失和降低柱塞漏失量兩方面作用，理論上能夠使泵效提高14.5個百分點，增抽效果明顯。

3 現場試驗效果

為探索深井油藏提高泵效新途徑，2012年11月分別在3口井安裝增效裝置，平均泵掛深度1293m。試驗井繼續使用原井桿柱及抽油泵，在抽油機參數不變、周圍油水井無調整措施的情況下，監測液面及泵效變化情況。措施前3口井日產液12.7 t，泵效41.4%，液面414m，措施后單井平均日增液4.7 t，單井平均泵效提高6.1個百分點，平均液面降低268m，增抽效果明顯，見表3。

通過現場試驗表明，在抽油泵、抽油機參數不變的情況下，安裝抽油機增效裝置可以提高泵效，適用于深部油藏開發提高開發效果。

表3 增效裝置試驗效果表

4 認識及建議

抽油泵增效裝置可以通過減少桿柱沖程損失，降低泵的漏失量達到提高泵效的目的。現場試驗表明，增效裝置能明顯提高深部油藏泵效，提高采出強度。

抽油泵增效裝置在稠油井應用時存在堵塞液流通道的隱患，因此建議應用于稀油井。

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