氣液置換型防氣鎖反饋泵的研制與應(yīng)用

趙 天 錄

（新疆油田公司百口泉采油廠，新疆克拉瑪依 834011）

氣液置換型防氣鎖反饋泵的研制與應(yīng)用

趙 天 錄

（新疆油田公司百口泉采油廠，新疆克拉瑪依 834011）

稠油黏度大，流動性差，現(xiàn)場大多采用高溫蒸汽注入油層來稀釋降黏，液力反饋抽油泵既能抽油又能注汽，還具有下行反饋力，因此在稠油井得到廣泛應(yīng)用，但是稠油井內(nèi)大多含有伴生氣體，常規(guī)反饋泵沒有排氣功能，在使用中常因氣鎖而導(dǎo)致泵工作失效，油井不能連續(xù)生產(chǎn)。為此，研制了氣液置換型防氣鎖反饋泵，該泵在反饋泵上設(shè)計有排氣裝置，給進(jìn)入泵內(nèi)的氣體提供排出的通道，使其具有防氣鎖功能， 從而提高泵效，延長抽油泵使用壽命。

稠油；反饋泵；氣鎖；排氣裝置；氣液置換

新疆油田百重七井區(qū)稠油黏度大，抽油時抽油桿柱下行滯后，經(jīng)常造成抽油機(jī)驢頭與抽油桿不同步現(xiàn)象，現(xiàn)場采用高溫蒸汽注入油層來稀釋降黏的方法開采。自2001年開采以來，先后使用過多種抽油泵，通過使用對比，最終選用液力反饋抽油泵作為主要泵型生產(chǎn)。液力反饋抽油泵是由2種不同泵徑的抽油泵串聯(lián)而成，下放柱塞進(jìn)入泵筒即可抽油，上提柱塞出泵筒后油管柱通過泵筒和地層相通，可以不動管柱實(shí)現(xiàn)注熱蒸汽；另外反饋泵的進(jìn)油閥、出油閥都裝在柱塞上，下沖程時進(jìn)油閥關(guān)閉，油管內(nèi)液柱重力反饋?zhàn)饔迷谥希梢岳瓌映橛蜅U柱向下運(yùn)動，反饋泵也因此而得名。反饋泵既可抽油又能注汽，操作使用方便，再加具有下行反饋力的特點(diǎn)，因此在稠油井生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。但是，百重七井區(qū)油井大多都溶解了一些伴生氣（或伴熱蒸汽），這些氣體在抽吸進(jìn)入抽油泵后，柱塞下沖程時被壓縮，上沖程壓力減小后又膨脹，使抽油泵在上、下沖程過程中，泵內(nèi)始終充滿油氣混合液，進(jìn)油閥和出油閥都打不開，這就是典型的氣鎖抽油泵現(xiàn)象。常規(guī)反饋泵自身不具備排氣功能，在使用中常因氣鎖而導(dǎo)致泵工作失效，油井不能連續(xù)生產(chǎn)，需要頻繁碰泵解氣鎖并放空套管氣才能維持生產(chǎn)。

該井區(qū)目前正常開油井900多口，平均每天都有30~50口井因氣鎖抽油泵而減產(chǎn)或停產(chǎn)，氣鎖發(fā)生后，只能采取人工地面 “碰泵”解除；有些井每隔3~5天甚至1~2天就必須碰泵解氣鎖一次，放空套管氣的工作更是必不可少，每天放套管氣200多口，否則就會抽不出油。碰泵和放套管氣操作在恢復(fù)產(chǎn)量的同時，對抽油泵造成了很大的損壞，影響抽油泵使用壽命，且放套管氣不僅造成浪費(fèi)，而且污染大氣環(huán)境，部分油井氣含有H2S，還存在安全隱患。

1 氣液置換型防氣鎖反饋泵結(jié)構(gòu)

1.1 排氣裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

利用容器內(nèi)氣、液共存時，氣體往上部空間運(yùn)動的原理，在反饋泵的泵筒中部，設(shè)計安裝一段直徑大于泵徑的中空管—?dú)庖褐脫Q腔，置換腔把泵筒分為上、下兩段，與同一個柱塞配合密封（圖1）。通過柱塞的上、下沖程運(yùn)行，用泵上油管柱內(nèi)的油液置換進(jìn)入泵內(nèi)的氣體，給進(jìn)入抽油泵內(nèi)的氣體提供一個上升和排出的通道，達(dá)到防氣鎖的目的，氣體隨油液從油管柱內(nèi)排出，即可回收。

圖1 氣液置換型防氣鎖反饋泵

1.2 氣液置換腔體積的確定

氣液置換腔的體積要根據(jù)油井含氣量的大小確定，體積過大，置換過量，降低泵效；體積過小，氣量置換不足，不能完全防止氣鎖。各油井含氣量不同，置換腔要兼顧大多數(shù)井況。

根據(jù)油井氣鎖頻次判斷，初步確定置換腔內(nèi)徑為80 mm和100 mm兩種規(guī)格，有效長度為400 mm，柱塞外徑為57 mm，則置換腔體積分別為0.001 m3、 0.002 m3。油層套管內(nèi)徑159 mm，儲氣腔壁厚10 mm，則外徑分別為100 mm和120 mm，滿足套管內(nèi)徑要求。

1.3 氣液置換腔安裝位置的確定

置換腔安裝位置決定了抽油時是否能夠正常排氣，在調(diào)對好防沖距的情況下，必須保證上沖程接近上死點(diǎn)時，柱塞下端進(jìn)入置換腔中部；下沖程接近下死點(diǎn)時，柱塞上端進(jìn)入置換腔中部，這樣才能實(shí)現(xiàn)氣液置換。

1.4 氣液置換腔加工精度要求

抽油泵是比較精密的設(shè)備，柱塞和泵筒的配合精度決定了抽油泵抽吸的效果；置換腔上、下兩端連接同直徑的兩段泵筒，這兩段泵筒與同一個柱塞配合密封，對置換腔兩端連接螺紋的同軸度要求高，加工難度大；另外要考慮置換腔與泵筒連接牢靠性和密封性。

2 氣液置換型防氣鎖反饋泵工作原理

氣液置換腔安裝在上泵筒中部，與上、下兩段泵筒同軸且直徑大于泵筒，是與同一柱塞密封上、下兩段泵筒后所形成的腔室。當(dāng)柱塞上沖程時，泵腔體積增大而壓力減小，井內(nèi)油液在壓差作用下，通過進(jìn)油閥進(jìn)入到泵腔，油液中的氣體析出并向上部空間移動；上沖程接近上死點(diǎn)時，大柱塞下端進(jìn)入置換腔中部位置，泵腔與置換腔相通，泵腔內(nèi)氣體進(jìn)入置換腔。下沖程時進(jìn)油閥關(guān)閉，泵腔體積壓縮，壓力增大，出油閥打開，泵腔中的油液開始進(jìn)入油管腔，下沖程在接近下死點(diǎn)時，大柱塞上端進(jìn)入置換腔中部位置，置換腔與油管腔相通，置換腔內(nèi)氣體排入油管腔，同時油管腔中的油液進(jìn)入置換腔。即通過氣液置換腔的中間作用，用油管柱中的油液置換泵腔中的氣體，每一沖程排出部分氣體，就可以降低泵內(nèi)的氣液比，防止抽油泵氣鎖。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

氣液置換型防氣鎖反饋泵研制成功后，于2013年5月投入使用，在百重七稠油井區(qū)選定10口井試驗(yàn)，其中5口井為轉(zhuǎn)輪注汽燜開后不出井，5口井為一注多采井，注汽剛結(jié)束相鄰不出油井。這10口井均處于克上組油藏南部，地層能量不足，油井普遍沉沒度較低，井口取樣表現(xiàn)為出氣不出液，2013年以來幾乎沒有正常生產(chǎn)，大多時間處于調(diào)開不出的調(diào)關(guān)狀態(tài)。

目前這10口井已全部修開生產(chǎn)，總體生產(chǎn)情況較好。修開后1個月內(nèi)平均日產(chǎn)液量18.6 t，超過了油井正常生產(chǎn)時的產(chǎn)液水平；連續(xù)跟蹤2個月，有8口井能夠連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量一直穩(wěn)定在較高水平，其中3口井效果顯著，已進(jìn)入第3個月日產(chǎn)液量仍在25~30 t以上。另2口井嚴(yán)重供液不足，生產(chǎn)2周后不出。

10口試驗(yàn)井生產(chǎn)期間基本不進(jìn)行碰泵和放套管氣操作，從而減少操作員工勞動強(qiáng)度。

4 結(jié)論

（1）氣液置換型防氣鎖反饋泵排氣裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，適用于注汽熱采的稠油井，原來注汽燜井后不出或一注多采不出的油井，使用防氣鎖反饋泵后，油井恢復(fù)產(chǎn)量且一直穩(wěn)定在較好水平，有較好的增產(chǎn)效果。

（2）高含氣油井使用防氣鎖反饋泵后，不再需要人工在地面頻繁碰泵解氣鎖和放套管氣，減少了人力、物力的損耗，同時氣體得到回收，減少了浪費(fèi)。

（3）使用防氣鎖反饋泵后，減少了因碰泵而造成的抽油泵損壞，延長抽油泵使用壽命。

［1］沈迪成，艾萬誠，盛曾順，等.抽油泵［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1994-07.

［2］GB/T 18607—2008，抽油泵及其組件規(guī)范［S］.

［3］中國石油天然氣股份有限公司.防氣鎖液力反饋抽油泵：中國，20647530.1［P］.2013-07-24.

（修改稿收到日期 2014-08-28）

〔編輯 景 暖〕

Development and application of anti-airlock feedback pump of gas-liquid replacement type

ZHAO Tianlu
（Baikouquan Oil Production Plant,Xinjiang Oilfield Company，CNPC,Karamay834011,China）

Due to large viscosity and poor flowability of heavy oil,high temperature steam is mostly injected to oil reservoirs to dilute crude oil and reduce its viscosity.Hydraulic feedback oil well pump can both pump oil and inject steam,and can generate downward feedback force,so it is widely used in heavy oil wells.However,heavy oil wells often have associated gas,and conventional feedback pump do not have venting function,so the pump often fails due to airlock,leading to discontinued production of oil wells.For this reason,the gas-liquid replacement anti-airlock feedback pump was developed,which was designed to be equipped with venting device,which provides a passageway to release the gas introduced into the pump,so the pump has an anti-airlock function,hence the pump efficiency is improved and its service life is extended.

heavy oil;feedback pump;airlock;gas venting device;gas-liquid replacement

趙天錄.氣液置換型防氣鎖反饋泵的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2014，36（5）：128-130.

TE933

：B

1000–7393（2014） 05–0128–03

10.13639/j.odpt.2014.05.032

國家專利：專利號ZL 2012 2 0647530.1。

趙天錄，1964年生。1986年畢業(yè)于新疆石油學(xué)校機(jī)械專業(yè)，現(xiàn)從事工程質(zhì)量監(jiān)督工作。電話：0990-6804599。E-mail：bkqztl@petrochina.com.cn。