新型偏心抽稠泵在新莊油田的應(yīng)用

杜亞軍

（中國石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南南陽 473132）

新莊油田已進(jìn)入開發(fā)后期，挖潛對象越來越復(fù)雜、開采難度日益加大?，F(xiàn)有的偏心抽稠泵抽油技術(shù)，已成為稠油開發(fā)的主導(dǎo)技術(shù)，2011–2014年在新莊油田推廣應(yīng)用105井次，措施有效率87%，實(shí)現(xiàn)了稠油蒸汽吞吐井的有效舉升。雖然取得了一定的效果，但在稠油蒸汽吞吐水平井、大斜度井舉升時(shí)仍存在以下不足：①卡泵問題：在出細(xì)砂的油井易卡泵，現(xiàn)場應(yīng)用中出現(xiàn)8口井卡泵現(xiàn)象，占比7.6%；②泵脫扣問題：在稠油黏度大及大井斜角的油井中應(yīng)用時(shí)易產(chǎn)生卸扣扭矩，造成大、小柱塞脫扣而檢泵作業(yè)，現(xiàn)場應(yīng)用中出現(xiàn)6口井脫扣，占比5.7%；③泵效低：現(xiàn)有偏心泵進(jìn)油通道曲折、進(jìn)油面積小，在特、超稠油井周期末舉升原油進(jìn)泵阻力大，泵效低[1–3]。

針對以上不足，通過改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)了泵間隙、大小柱塞連接機(jī)構(gòu)和偏心閥結(jié)構(gòu)。新型偏心抽稠泵舉升泵效得到了提高，泵脫扣、卡泵問題得到了解決，實(shí)現(xiàn)了稠油蒸汽吞吐水平井、大斜度井的高效舉升。

1 新型偏心抽稠泵

1.1 結(jié)構(gòu)組成

新型偏心抽稠泵主要由出油閥罩、上游動(dòng)閥球、雙頭螺紋、短接、泵筒上接頭、大泵筒、大柱塞、下游動(dòng)閥罩、下游動(dòng)閥球、下游動(dòng)閥座、進(jìn)液接頭、活動(dòng)接頭、活動(dòng)接頭座、柱塞接頭、偏心閥主體、偏心閥球、偏心閥座、壓帽、小柱塞、導(dǎo)向接頭、小泵筒、外管、偏心接頭、下接頭組成。新型偏心抽稠泵主要具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 新型偏心抽稠泵結(jié)構(gòu)示意

1.2 工作原理

上沖程時(shí)，上柱塞、進(jìn)液接頭、下柱塞隨抽油桿柱向上運(yùn)動(dòng)，偏心閥（固定閥）和游動(dòng)凡爾球之間的容腔容積增大，腔內(nèi)壓力下降，游動(dòng)凡爾球在油管內(nèi)液柱壓力作用下關(guān)閉，偏心凡爾在沉沒壓力作用下打開，井液沿偏心凡爾接頭、偏心凡爾座、偏心凡爾球經(jīng)偏心孔進(jìn)入吸液腔，完成吸液過程。

下沖程時(shí)，上柱塞、下柱塞隨抽油桿柱一起向下運(yùn)動(dòng)，偏心閥和游動(dòng)凡爾球之間的容腔容積減少，腔內(nèi)壓力增大，偏心凡爾球關(guān)閉，游動(dòng)凡爾球打開，井液通過進(jìn)液接頭、游動(dòng)凡爾座進(jìn)入油管，完成排液過程。其工作原理示意圖見圖2。

圖2 偏心抽稠泵原理示意

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化泵間隙，降低卡泵幾率

新莊油田稠油儲層膠結(jié)疏松，地層出砂嚴(yán)重，舉升過程中抽油泵卡泵頻繁。通過增大活塞與泵筒間隙[4]，保證細(xì)砂粒能夠順利通過泵間隙。新型泵的間隙值由先前的0.050 mm（Ⅱ級間隙）增加至0.075 mm（Ⅲ級間隙），增強(qiáng)偏心抽稠泵對含砂井液的適應(yīng)性，降低卡泵幾率。

2.2 優(yōu)化大小柱塞連接機(jī)構(gòu)，防止柱塞脫扣

原泵上大下小兩級柱塞通過螺紋連接[5-6]，上柱塞空心，下柱塞實(shí)心，二者重心不都在軸線上，下柱塞始終有一部分在下泵筒中。在井下，當(dāng)井斜角在60°～70°時(shí)，抽油桿組合不可避免地出現(xiàn)偏磨、旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相當(dāng)大的扭矩，造成柱塞脫扣，影響生產(chǎn)，增加作業(yè)量[7]。將大小柱塞連接方式由螺紋連接改進(jìn)為活動(dòng)接頭，在受到較大扭矩時(shí)可旋轉(zhuǎn)，可有效釋放柱塞在工作過程中產(chǎn)生的卸扣扭矩，有效避免了兩級柱塞抽油泵舉升過程中柱塞脫扣的問題。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)偏心閥結(jié)構(gòu)，降低稠油舉升時(shí)的進(jìn)液阻力

原偏心抽稠泵偏心閥結(jié)構(gòu)進(jìn)液流道曲折，原油進(jìn)泵阻力大。改進(jìn)后的偏心閥，簡化了進(jìn)油通道，縮短了進(jìn)液流道，油可通過偏心孔直接進(jìn)入偏心閥主室；進(jìn)油孔道由Φ30 mm增大至Φ40 mm，相當(dāng)于流道面積擴(kuò)大了33%；通過縮短進(jìn)液流道、增大進(jìn)油孔直徑來降低進(jìn)液阻力，解決了特超稠油舉升原油進(jìn)泵難的問題。

3 性能特點(diǎn)及技術(shù)指標(biāo)

3.1 性能特點(diǎn)

（1）新型泵具有注采一體化功能和液壓反饋?zhàn)饔昧Γ蓭椭橛蜅U下行，延長生產(chǎn)周期；

（2）雙柱塞和特殊活動(dòng)接頭的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，杜絕了泵掛處大井斜角時(shí)柱塞脫扣現(xiàn)象，提高了偏心抽稠泵的使用壽命。

（3）增大偏心抽稠泵的偏心閥進(jìn)液孔當(dāng)量直徑，提高了偏心抽稠泵的泵效。

3.2 技術(shù)指標(biāo)

偏心抽稠泵的基本參數(shù)如表1所示。

表1 偏心抽稠泵技術(shù)參數(shù)

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 總體應(yīng)用

原偏心抽稠泵柱塞脫扣、卡泵問題突出，在現(xiàn)場應(yīng)用的105井次中，有8口井因砂卡柱塞造成檢泵，有6井次出現(xiàn)了大、小柱塞脫扣的現(xiàn)象，分別占比7.6%和5.7%，降低了檢泵周期，影響生產(chǎn)。新型偏心抽稠泵2015年在新莊油田現(xiàn)場應(yīng)用36口井43井次，未出現(xiàn)泵砂卡和柱塞脫扣的現(xiàn)象，工藝成功率 100%。21口可對比井資料表明，措施有效率95%，平均單井提高泵效 4.24%，平均單井日增油0.61 t，累計(jì)增產(chǎn)原油1 547 t，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益109.6萬元，滿足了新莊油田稠油蒸汽吞吐水平井、大斜度井舉升的需求，具有在現(xiàn)場推廣和應(yīng)用的前景。

4.2 典型井應(yīng)用分析

2014年12月24日，新淺25–平8井光桿不下行，12月25日洗井無效而檢泵作業(yè)，起出抽油桿柱后發(fā)現(xiàn)泵柱塞被拉傷。分析本次檢泵原因?yàn)榈貙釉宛ざ容^大（4 000 mPa·s），同時(shí)地層出砂，放噴時(shí)砂粒進(jìn)入泵的間隙，導(dǎo)致活塞磨損變形。檢泵前采用Φ56/38 mm的原偏心抽稠泵生產(chǎn)，泵深622 m, 其泵掛處井斜角53°，在3.6 m×4 min-1的工作制度下，動(dòng)液面532 m，日產(chǎn)液15.4 t，泵效31.46%。2015年1月6日，下入Φ56/38 mm新型偏心抽稠泵，泵深687 m，其泵掛處井斜角70°，采取3.6 m×4 min-1的工作制度，動(dòng)液面540 m，日產(chǎn)液16.7 t，泵效35.60%。采用新型偏心抽稠泵舉升后，日產(chǎn)液平均提高1.3 t，日均產(chǎn)液量得到明顯提升，同時(shí)檢泵周期得到大幅度延長，未出現(xiàn)柱塞脫扣及卡泵的問題，泵效提高了4.14%。

5 結(jié)論

（1）新型偏心抽稠泵有效解決了脫扣、卡泵問題，稠油舉升泵效得到提高, 平均單井提高泵效4.24%。

（2）新型偏心抽稠泵可實(shí)現(xiàn)井斜角70°以內(nèi)、原油黏度4 000 mPa·s以內(nèi)的稠油蒸汽吞吐大斜度井、水平井的高效舉升，滿足了稠油蒸汽吞吐水平井、大斜度井的舉升需求，達(dá)到了新型偏心抽稠泵研制的目的。

（3）建議下步繼續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模，解決稠油井舉升中存在的難題，使舉升工藝配套專利技術(shù)發(fā)揮更大的作用。