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        旁通閥液力反饋抽油泵研究及應(yīng)用

        2018-10-08 05:20:14
        石油礦場(chǎng)機(jī)械 2018年5期
        關(guān)鍵詞:泵筒桿柱油閥

        (中國(guó)石油遼河油田分公司 鉆采工藝研究院,遼寧 盤(pán)錦 124010)

        遼河油田的稠油井開(kāi)發(fā)后期,油層埋藏深、井況復(fù)雜、舉升難度大、檢泵頻次高、系統(tǒng)效率低。采用有桿泵舉升,一方面由于稠油的黏度高、流動(dòng)阻力大,使泵效較低;另一方面,管桿偏磨問(wèn)題嚴(yán)重,桿柱斷脫是油井倒井的主要原因?,F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和理論模擬表明,桿柱受力是井眼軌跡、流體性質(zhì)、工作參數(shù)等因素綜合作用的結(jié)果。在直井中,桿柱上行程時(shí),桿柱處于受拉應(yīng)力狀態(tài);下沖程時(shí),抽油桿中和點(diǎn)之上是受拉狀態(tài),之下處于受壓狀態(tài),呈正弦屈曲或螺旋屈曲狀態(tài)[1-4]。在定向井或大斜度井中,需要根據(jù)三維井眼軌跡進(jìn)行受力分析和計(jì)算。對(duì)于稠油井,泵充滿(mǎn)程度主要取決于工作參數(shù)和流體黏度,需要設(shè)計(jì)相匹配的抽油泵。針對(duì)這些問(wèn)題,研制了旁通閥液力反饋抽油泵。

        1 工作原理

        旁通閥液力反饋泵設(shè)計(jì)原理如圖1所示。上沖程時(shí),抽油桿帶動(dòng)上、下柱塞一起上行,出油閥組關(guān)閉,泵腔體積增大,壓力下降,旁通固定閥開(kāi)啟,井液在沉沒(méi)壓力作用下進(jìn)入環(huán)形泵腔,完成進(jìn)液過(guò)程。下行程時(shí),上泵和下泵的環(huán)形泵腔體積減小,壓力升高,旁通固定閥在自重和彈簧力的作用下關(guān)閉,出油閥開(kāi)啟,完成排液過(guò)程。此時(shí),泵外壓力低,管柱內(nèi)液體載荷作用在下柱塞截面上,形成向下的液壓反饋力,幫助桿柱下行。

        a 上沖程 b 下沖程

        2 結(jié)構(gòu)組成

        在采油生產(chǎn)過(guò)程中,通過(guò)進(jìn)、出油閥的交替關(guān)閉,使得泵上液柱壓力產(chǎn)生液壓反饋力,增大泵下行力,進(jìn)而克服下行阻力[5-8]。該種方式應(yīng)用的是液力反饋原理。本文所述旁通閥液力反饋泵采用旁通進(jìn)油閥,如圖2所示,泵閥采用彈簧復(fù)位球閥,柱塞兩端設(shè)計(jì)防砂結(jié)構(gòu),異徑泵筒采用上下2個(gè)內(nèi)徑不同的常規(guī)泵筒,通過(guò)中間接箍連接而成,泵筒兩端帶有上下2個(gè)接頭和護(hù)帽。

        旁通閥液力反饋泵通過(guò)損失排量而增加柱塞下行力。采用式(1)進(jìn)行理論排量計(jì)算。

        (1)

        式中:Q為理論排量,m3/d;Du為上柱塞直徑,m;Dd為下柱塞直徑,m;S為沖程,m;N為沖次,min-1。

        反饋力的大小與油套管的壓差成正比,只要油井動(dòng)液面深度一定,反饋力的大小是一定的。反饋力的大小采用式(2)計(jì)算。

        (2)

        式中:F為液壓反饋力,N;H為動(dòng)液面深度,m;p為井口壓力,Pa。

        1—泵筒上接箍;2—上泵筒;3—中間接箍;4—下泵筒;5—泵筒下接頭。

        3 技術(shù)特點(diǎn)及適應(yīng)范圍

        1) 旁通閥液力反饋泵進(jìn)油閥的流道短、通徑大,吸入性能好,阻力小,提高了抽油泵的充滿(mǎn)程度和效率。

        2) 復(fù)位彈簧具有扶正作用,克服了斜井、水平井導(dǎo)致的閥球關(guān)閉滯后和閥球偏落的問(wèn)題。

        3) 上柱塞采用螺旋刮砂結(jié)構(gòu),可防止砂卡,延長(zhǎng)油井檢泵周期。

        4) 泵筒底部連通,油管內(nèi)液體可泄入井內(nèi),井下不用泄油器;可不動(dòng)管柱進(jìn)行熱采、正反洗井、沖砂、壓井、測(cè)試等作業(yè)。

        泵規(guī)格參數(shù)如表1所示,能夠適應(yīng)以下井況:

        1) 適用泵掛位置井斜小于65°的斜井、水平井。

        2) 適用于原油黏度小于6 000 mPa·s的稠油熱采井。

        3) 適用于下行阻力大,偏磨嚴(yán)重的油井。

        4 應(yīng)用實(shí)例分析

        研制的旁通閥液力反饋抽油泵在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用130余井次,取得了較好效果。以曙2-6-33井為例,該井為1口大斜度井,正常檢泵周期4個(gè)月。2015-05,桿柱斷脫檢泵,進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[9-10],設(shè)計(jì)桿柱組合為?25.4 mm(1in)×600 m+?22.2 mm(in)×824 m+?19.1 mm(in)×1 600 m。根據(jù)桿柱受力計(jì)算(如圖3),該井中和點(diǎn)在2 570 m,中和點(diǎn)以下井段下沖程時(shí)存在屈曲應(yīng)力。采用液力反饋泵,可為桿柱下行提供動(dòng)力,避免下行程中桿柱彎曲,同時(shí)提高泵充滿(mǎn)程度。

        表1 旁通閥液力反饋泵規(guī)格參數(shù)

        圖3 桿柱軸向受力計(jì)算

        優(yōu)化設(shè)計(jì)后,該井的生產(chǎn)情況如圖4所示,油井免修期由不到6個(gè)月提高到了30個(gè)月,目前仍然在正常生產(chǎn),說(shuō)明該工藝技術(shù)對(duì)于高含水老油田穩(wěn)產(chǎn)、低產(chǎn)井長(zhǎng)期持續(xù)生產(chǎn)具有較好效果。

        5 結(jié)論

        1) 設(shè)計(jì)了旁通閥液力反饋抽油泵,解決了大斜度稠油井檢泵周期短、系統(tǒng)效率低的問(wèn)題。該工藝技術(shù)為油田開(kāi)發(fā)后期井況較復(fù)雜的低產(chǎn)井采油提供了新的思路。

        圖4 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線

        2) 該泵通過(guò)損失排量達(dá)到為管柱下行提供動(dòng)力的目的,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙,能夠提高泵充滿(mǎn)程度,同時(shí)減小桿柱交變載荷,對(duì)復(fù)雜井況適應(yīng)性較強(qiáng)。

        3) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,對(duì)于大斜度井、稠油井等復(fù)雜井況,通過(guò)優(yōu)化舉升工藝系統(tǒng),保證配套措施的全面性和完整性,是舉升系統(tǒng)長(zhǎng)期高效安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

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