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        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(shè)備工程 2012年10期
        關(guān)鍵詞:泵效功圖氣蝕

        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(tǒng)的三大設(shè)備之一,泵效是衡量油田開發(fā)水平和管理水平的重要指標(biāo)。長慶油田第三采油廠虎狼峁作業(yè)區(qū)正常開井452口,平均單井日產(chǎn)液2.6m3,日產(chǎn)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(chǎn)液量低,功圖顯示供液不足。從理論上分析,當(dāng)沉沒度達(dá)到7m時,就能克服流體進泵的沿程阻力損失,達(dá)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(chǎn)參數(shù)等。一般認(rèn)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(guān)閉遲緩的影響。

        1.氣體影響

        (1)游離氣。抽油井深井泵筒內(nèi)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(jù)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(chǎn)生A、B、C等3個低壓區(qū)(見圖1)。導(dǎo)致原油中的溶解氣在此進行分離,最終會在B、C區(qū)形成2個低壓區(qū),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(biāo)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(dāng)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(jù)克拉伯龍方程知,V氣標(biāo)在泵腔的氣體體積為:

        式中:P標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力,0.1MPa;

        T標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度,0℃;

        V標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(jù)整個泵腔體積的15.9%。

        2.泵腔內(nèi)原油的氣蝕效應(yīng)

        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(fù)雜性,一旦壓力突然下降,導(dǎo)致原油發(fā)生強烈的氣蝕作用,由原來條件下的液相轉(zhuǎn)化為氣相,氣蝕產(chǎn)物(C6H14等)占據(jù)泵腔內(nèi)大量的有效空間。隨著井深的增加,氣蝕效應(yīng)隨之加強。

        氣蝕產(chǎn)物與溶解氣的區(qū)別是:原油氣蝕產(chǎn)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(tài),一旦壓力變小這些烴類立即成霧狀占領(lǐng)低壓區(qū),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(jié)構(gòu)結(jié)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(tài)存在。

        3.固定閥關(guān)閉滯后

        下行時,泵腔內(nèi)體積變小,壓力升高,固定閥關(guān)閉,游動閥打開排液。當(dāng)固定閥球跳動過高出現(xiàn)回座滯后時,泵內(nèi)部分液體將漏失,造成泵效偏低。

        根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù),因固定閥來不及關(guān)閉對泵效造成的影響只有12%,與氣體的影響合計占據(jù)泵腔體積的27.9%。分析發(fā)現(xiàn),泵腔內(nèi)還有25%左右的有效空間被原油氣蝕效應(yīng)產(chǎn)生的油霧所占據(jù)。

        根據(jù)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(guān)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(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),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(xiàn)有閥罩的結(jié)構(gòu)(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(dǎo)致因閥球來不及關(guān)閉而造成的原油漏失率增大。

        分析認(rèn)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(shè)圖2中P點到球心O2的距離為L,則存在如下關(guān)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??紤]加工精度的問題,X取12mm。根據(jù)以上計算結(jié)果,將抽油泵固定閥罩進行改進,跳動高度由39mm降為12mm,現(xiàn)場應(yīng)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(dǎo)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(jié)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(fā)生塑性變形,填補了上下密封面因工藝精度難以實現(xiàn)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)。

        四、現(xiàn)場應(yīng)用

        自2010年以來,改進固定總成下井156套,取得了顯著的效果(見表1)。

        表1 改進抽油泵固定總成使用效果統(tǒng)計

        圖2 固定閥罩示意圖

        下面通過3口井的應(yīng)用實例說明使用效果。

        1.柳128-16井

        柳128-16井泵掛深度1 677m,動液面1 532m,泵徑32mm,泵效只有14.3%,氣油比69m3/t,功圖反映供液不足。2010年2月3日檢泵下入改進固定閥,功圖顯示充滿度變好,使用效果見表2和圖5。

        表2

        圖5 柳128-16日生產(chǎn)曲線

        2.柳136-17井

        柳136-17井泵掛深度1 554m,動液面1 431m,泵徑32mm,泵效只有24.7%,氣油比65m3/t,功圖反映供液不足。2010年2月7日檢泵下入改進固定閥,功圖顯示充滿度明顯變好,使用效果見表3和圖6。

        表3

        圖6 柳136-17日生產(chǎn)曲線

        3.柳127-26井

        柳127-26井泵掛深度1 796m,動液面1 701m,泵徑32mm,泵效只有10.2%,氣油比74m3/t,功圖反映供液不足。2010年2月6日檢泵下入改進固定閥,功圖顯示充滿度明顯變好,使用效果見表4和圖7。

        表4

        圖7 柳127-26日生產(chǎn)曲線

        五、建議

        鑒于目前閥座與壓緊接頭密封面刺漏多的情況,可以嘗試將閥座與下接頭采用一種工藝使其結(jié)合成一個整體,徹底杜絕此處的刺漏,或是在閥座上下平面加工凸臺,在閥罩和下接頭密封面上加工凹槽,改變平面密封為曲面密封,提高密封可靠性。

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