動筒式分采抽油泵研制與應用

朱洪征，牛彩云，趙曉偉，李大建，呂億明，王 百

（1.長慶油田分公司 油氣工藝研究院，西安710021；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710021）

動筒式分采抽油泵研制與應用

朱洪征1，2，牛彩云1，2，趙曉偉1，2，李大建1，2，呂億明1，2，王 百1，2

（1.長慶油田分公司 油氣工藝研究院，西安710021；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710021）

為克服層間矛盾，提高多層系油藏的開發效果，國內已研制出針對有桿抽油系統的多種分層采油工具，并研制了一系列的分采工藝管柱。由于結構及連接方式的限制，常規分采抽油泵的結構長，坐封后易彎曲，影響分采效果和檢泵周期。因此，設計了動筒式分采抽油泵，上泵的柱塞作為下泵的泵筒，利用上下（內外）泵之間的環空完成進液、排液，減少了泵的長度。現場試驗取得了良好的分采效果。

抽油泵；分層采油；動筒式；結構

多油層疊合開發區塊由于儲層的非均質性、隔夾層不連續，地層能量補充不均，層間壓力、物性差異，導致產層間存在不同程度干擾，油井籠統合采產量遠小于單層產量之和，部分油井甚至發生倒灌現象。目前采用分采抽油泵進行分層采油，是消除合采油井層間干擾的主要方式之一。由于結構及連接方式的限制，傳統分采抽油泵都為多球閥的細長結構，在封隔器坐封力的影響下很容易彎曲變形，導致泵效下降，嚴重的會造成卡泵、不能正常工作。另外，不方便現場施工操作及運輸。

針對上述問題，研制了動筒式分采抽油泵，使泵體長度明顯縮短。其結構簡單、適應性強、成本低，現場試驗取得了良好的分采效果。為油田多層系開發區塊分層采油提供了新的技術手段。

1 結構

動筒式分采抽油泵由整體動筒式柱塞和外泵筒組成，結構如圖1。該泵的內泵（下泵）柱塞固定，泵筒為外泵（上泵）的柱塞。采用分流閥橋式雙進液通道雙向進液，確保兩層（段）內的氣液混合液沿各自的通道流動，互不干擾。外泵（上泵）利用儲氣筒，有效解決了下部油層的氣鎖問題，提高了泵效，同時起到扶正泵體的作用。

圖1 動筒式分采抽油泵結構示意

1.1 分流閥

分流閥由閥球與閥罩、閥座接頭、分流通道組合而成，連接在內泵活塞的下端，開有側孔和中心連接孔，是內外泵的液流通道。該分流閥為雙流道橋式結構，使內泵和外泵吸入的液體在此互不干擾的排出，具有流道大，液流阻力小的特點。

1.2 儲氣筒

儲氣筒位于外泵上端，泵筒的開孔段長度小于上柱塞的長度，當柱塞總成在上死點時，進入外泵（上泵）腔的氣體進入氣筒內；當柱塞總成在下死點時，進入氣筒內的氣體排出進入油管，從而實現了氣體的排出，避免了氣鎖。有效解決了下部油層氣鎖問題，提高了泵效。

1.3 整體動筒式柱塞

整體動筒式柱塞既是外泵（上泵）的柱塞又是內泵（下泵）的泵筒，利用內外泵之間的環空完成進排液，使該泵的長度明顯變短。

2 工作原理

利用封隔器將具有穩定隔層的2個油層（或層段）分成相互獨立的2個采油系統。動筒式分采抽油泵與封隔器配合使用，將固定閥的吸入口分開。

整體動筒式柱塞既是外泵（上泵）的柱塞也是內泵（下泵）的泵筒，上沖程時整體動筒式柱塞隨抽油桿柱向上運動，外泵（上泵）筒與加長桿之間的容積變大，壓力降低，固定閥打開，下層氣體進入儲氣筒。同時，整體動筒式柱塞的內腔容積也變大，壓力降低，固定閥打開，兩層泵各自完成吸液；下沖程時整體動筒式柱塞隨抽油桿一起向下運動，兩腔內容積變小，壓力變大，下游動閥和上游動閥打開，儲氣筒內氣體進 入油管內，完成排液過程。工作原理如圖2。

圖2 動筒式分采抽油泵工作原理

3 理論計算

動筒式分采抽油泵已在油田形成系列，型號主要包括?57-44、?57-38、?44-32、?38-28等。主要技術參數如表1。

表1 動筒式分采抽油泵主要技術參數

3.1 排量

由于動筒式分采抽油泵為外泵（上泵）和內泵（下泵）兩泵組合起來的，其理論排量應為內、外泵的排量之和。即：

式中：Q1為泵的理論排量，m3／d；Q2為外泵（上泵）的理論排量，m3／d；Q3為內泵（下泵）的理論排量，m3／d。

外泵（上泵）吸油腔的截面積為上、下柱塞截面積之差，故上泵排量為

式中：A1為外泵（上泵）柱塞的橫截面積，m2；A2為內泵（下泵）柱塞的橫截面積，m2；S為泵的沖程長度，m；n為沖次，min－1。

內泵（下泵）為普通泵，理論排量為Q3＝1 440 A2Sn

泵總的理論排量為

該式說明動筒式分采抽油泵理論排量相當于同泵徑（外泵）常規抽油泵的理論排量值。

3.2 液柱載荷

參照圖3分析動筒式分采抽油泵靜液柱載荷。

設圖3中A、B、C 3處的靜液柱壓力為pa、pb、pc。在上沖程時，總排液閥、分流閥、下游動閥均關閉，環形閥、固定閥打開，忽略液體通過環形閥和固定閥的阻力損失以及下游動閥與總排液閥之間的液柱高度，根據水靜力學原理，可以得出作用在下泵（內泵）活塞底部和內、外泵活塞環形面積上的靜液柱載荷為

式中：F1為內泵（下泵）活塞底部作用的靜液柱載荷，N；F2為內、外泵活塞環形面積上的靜液柱載荷，N。

則總的液柱載荷為

式中：F為總液柱載荷，N。

假設pc＝pb＝p0

則F＝（pa－po）A1

該式說明動筒式分采抽油泵液柱載荷等于同泵徑（外泵）常規抽油泵的靜液柱載荷。

圖3 分采管柱示意

4 現場應用情況

截止2013-10，動筒式分采抽油泵共在長慶油田應用了5口井，成功率100%，效果顯著。以旗X井為例，2013-07-25成功開展了動筒式分采抽油泵兩層分采工藝現場試驗，分采后低壓層得到有效釋放，日產液由2.25 m3提高到3.12 m3，最高日增油1.88 t，日均增油0.67 t，有效期已超100 d，取得了良好的分層采油效果。生產曲線如圖4所示。

圖4 旗X井分采效果對比曲線

5 結論

1） 動筒式分采抽油泵采用動筒式柱塞，該柱塞既是外泵（上泵）的柱塞，又是內泵（下泵）的泵筒，利用內外泵間環空完成進排液，使泵的長度明顯變短。相對于其他分采泵，不僅方便了施工與運輸，同時泵筒在坐封力作用下不容易彎曲，提高了分采效果和檢泵周期。

2） 現場試驗表明動筒式分采抽油泵能夠有效消除層間干擾矛盾，釋放被抑制產層潛能，達到有效提高單井產量的目的。

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Develop ment and Application of Mobile Pump Barrel and Selective Product Pump

ZHU Hong-zheng1，2，NIU Cai-yun1，2，ZHAO Xiao-wei1，2，LI Da-jian1，2，LV Yi-ming1，2，WANG Bai1，2
（1.Oil&Gas Technology Research Institute，Changqing Oil f iel d Company，Xi’an 710021，China；2.National Engineering Labor ator y f or Explor ation and Develop ment of Low-Per meability Oil&Gas Fiel ds，Xi’an 710021，China）

In or der to overcome inter-for mational contradiction，i mprove the develop ment effect of multilayer，The multi media separate layer recover y tools about system f or rod pu mping has been researched，and f or med a series of selective mining process pipe colu mn.But because of the str ucture and connection way li mit，conventional selective mining oil pu mp has t he l ong co mposition to create bent easily after sitting，affect the effect of selective mining and pu mp inspection cycle.Theref ore，t he mobile pu mp barrel and selectively product pu mp was developed，t he first pu mp plunger as the second pu mp barrel，and utilize the annular space bet ween the first pu mp and the second pu mp to inco ming liquid unl oad liquid，decrease t he lengt h of pu mp.The fiel d application achieved favorable selective mining effect.

oil pu mp；separate layer recover y；mobile pu mp barrel；str uct ure

TE933.303

B

1001-3482（2014）06-0062-04

2013-11-15

朱洪征（1981-），男，陜西藍田人，工程師，碩士，2011年畢業于西安石油大學，主要從事采油工藝研究，E-mail：zhz10_cq＠petrochina.co m.cn。