張 詞

(中國石化石油工程技術(shù)研究院 信息與標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京 100101)

隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期，高含水低液面油井持續(xù)增加，深層低滲油藏成為油田穩(wěn)產(chǎn)的重要陣地。目前在深井舉升中主要采用φ44、38 mm等常規(guī)小直徑泵生產(chǎn)，隨泵掛加深，井筒壓力升高，柱塞、泵筒上下壓差加大，導(dǎo)致抽油泵漏失量增加，泵效降低，影響油井正常生產(chǎn)[1-2]。另外，抽油泵長期工作在高礦化度井液中，結(jié)垢腐蝕是其損壞的一個(gè)重要原因，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)抽油桿拉斷的情況，甚至報(bào)廢。筆者開展長壽命深井舉升及配套技術(shù)研究，通過長壽命深井抽油泵研制、配套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)深層低滲油藏長壽命高效率舉升。

1 長壽命深井抽油泵的研制

1.1 技術(shù)方案

針對目前深井舉升中抽油泵漏失大、結(jié)垢腐蝕等問題[3]，利用長密封副原理，采用半長柱塞配套半長泵筒結(jié)構(gòu)，配套防垢刮環(huán)結(jié)構(gòu)，形成一套適用于深井的長效舉升工藝，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用可靠，達(dá)到提高泵效、延長檢泵周期的目的。具體設(shè)計(jì)思路如下：

(1)采用半長柱塞配套半長泵筒結(jié)構(gòu)，使每個(gè)沖程都能越過密封副進(jìn)行刮擦，密封副加長，顯著減少漏失量(圖1)；

(2)考慮到泵筒和柱塞都要避免積垢，在泵筒和柱塞的兩端均加合金刮環(huán)；

(3)考慮到高礦化度對油井腐蝕影響，閥球、閥座采用硬質(zhì)合金材質(zhì)。

圖1 抽油泵行程演示

1.2 結(jié)構(gòu)組成

長壽命深井抽油泵主要由上接頭、出液接頭、柱塞防砂刮環(huán)、泵筒、柱塞、游動(dòng)閥球、泵筒防砂刮環(huán)、加長管、固定閥球等組成(圖2)。

圖2 長壽命深井抽油泵結(jié)構(gòu)

1.3 技術(shù)原理及特點(diǎn)

(1)采用半長柱塞配合半長泵筒，密封副加長，可以顯著減少漏失量。

(2)抽油泵在生產(chǎn)過程中每個(gè)沖程都能越過密封副進(jìn)行刮擦，可以避免泵筒柱塞積垢。

(3)抽油泵的柱塞、泵筒兩端均加刮垢合金環(huán)，可起到有效刮垢作用。

(4)設(shè)計(jì)閥座密封面為圓弧面，將密封線變?yōu)槊芊鈳?，提高密封效果，并采用硬質(zhì)合金閥球閥座，減少腐蝕問題。

2 深井舉升配套工藝

針對深井舉升易脫氣、管桿偏磨、桿柱扭轉(zhuǎn)疲勞等工況，配套形成高效油氣分離、桿管扶正、可倒扣旋轉(zhuǎn)等技術(shù)，提高現(xiàn)場應(yīng)用可靠性。

2.1 有桿泵高效油氣分離器技術(shù)

由于深井原油易脫氣，影響抽油泵泵效，利用油氣密度差，通過滑脫和離心作用將油氣分開，研究形成高效油氣分離技術(shù)。

高效油氣分離器(圖3)主要由沉降分離總成、螺旋分離總成、放氣閥等組成。其工作原理為：氣泡在套管內(nèi)隨液流上升，由于油氣密度差，使氣體產(chǎn)生滑脫，同時(shí)部分溶解氣隨壓力降低析出；氣泡在進(jìn)液孔附近進(jìn)行二次分離，當(dāng)氣泡到進(jìn)液孔附近時(shí)，液流要流向進(jìn)液孔，流動(dòng)方向發(fā)生改變，氣泡上升速度及方向也將改變；液流進(jìn)入沉降分離總成環(huán)形空間，利用油氣密度差將井液中大氣泡分離出來，有一部分小氣泡滯留在環(huán)形空間；初步脫氣后的流體向上進(jìn)入螺旋分離總成，含氣油流在螺旋分離總成環(huán)形空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，由于不同密度的流體離心力不同，使聚集的大氣泡沿螺旋內(nèi)側(cè)流動(dòng)，帶有未被分離的小氣泡的液體則沿外側(cè)流動(dòng)。被聚集的大氣泡不斷聚集，沿內(nèi)側(cè)上升至螺旋外管與工作外管環(huán)形空間頂部聚集成氣帽，經(jīng)放氣閥排出到油套環(huán)形空間，其余液體則下行通過螺旋分離總成的中心通道進(jìn)入泵內(nèi)。

圖3 油氣分離器

其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 油氣分離器技術(shù)參數(shù)

2.2 內(nèi)流式扶正技術(shù)

針對深井桿柱下行屈曲導(dǎo)致的管桿偏磨問題[4]，研制內(nèi)流式防偏磨扶正器(圖4)，主要由芯軸和外套組成，芯軸作為承載體與抽油桿相連，外套作為支撐體起到扶正作用。

內(nèi)流式防偏磨扶正器的技術(shù)特點(diǎn)有：(1)采用承載與支撐分體設(shè)計(jì)，提高可靠性;(2)外套采用防腐的軟金屬材料，具有防腐耐磨的特點(diǎn),同時(shí)該材質(zhì)硬度低(HB200)，可以保護(hù)油管降低磨損;(3)外套繞芯軸自由旋轉(zhuǎn)，均勻磨損，使用壽命長。

2.3 油管防蠕動(dòng)扶正技術(shù)

深井條件下，抽油井生產(chǎn)管柱蠕動(dòng)交變載荷加劇，同時(shí)受深部井眼軌跡影響，生產(chǎn)管柱容易與套管產(chǎn)生偏磨，致使套管損壞和生產(chǎn)管柱發(fā)生斷、漏事故，縮短油井生產(chǎn)周期，影響油井的正常生產(chǎn)[5]。

目前解決上述問題的辦法是安裝金屬油管扶正器，安裝該產(chǎn)品雖然能夠防止油管與套管的直接摩擦，但并不能減輕油管扶正器上的金屬扶正塊對套管的損傷。為此，通過優(yōu)選抗磨材料，設(shè)計(jì)油管防蠕動(dòng)扶正裝置，實(shí)現(xiàn)油套管扶正減磨。

圖4 內(nèi)流式扶正器

油管防蠕動(dòng)扶正裝置主要由本體、旋轉(zhuǎn)扶正體、上下接頭組成(圖5)，用于油水井直井或斜井內(nèi)油管的扶正，防止抽油工作過程中油管蠕動(dòng)對油管和套管壁造成的磨損。

圖5 油管扶正器結(jié)構(gòu)

扶正塊采用超強(qiáng)尼龍材料制成，通過注塑熱固工藝固定在油管短節(jié)上，使扶正塊不易脫落變形，并且耐高溫、耐磨；扶正器采用弧線型的溝槽設(shè)計(jì)(圖6)，使接觸面增大，液流更加暢通；扶正油管的同時(shí)，通過磨損超強(qiáng)尼龍材料制成的扶正塊達(dá)到保護(hù)套管的作用。

圖6 旋轉(zhuǎn)扶正體

油管防蠕動(dòng)扶正器技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 油管防蠕動(dòng)扶正器規(guī)格參數(shù)

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

為全面驗(yàn)證長壽命深井抽油泵的整體性能，在完成室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在東勝公司高青管理區(qū)樊162-斜9井、樊162-斜11井等開展5井次現(xiàn)場試驗(yàn)，平均單井泵效提高6.4%，最長生產(chǎn)周期已達(dá)292 d持續(xù)有效。

以樊162-斜9井為例，該井為小套管油井，高礦化度影響下腐蝕結(jié)垢現(xiàn)象明顯，根據(jù)油井生產(chǎn)情況設(shè)計(jì)配套碳纖維連續(xù)抽油桿下入長壽命深井抽油泵，井下管柱結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 樊162-斜9井下管柱結(jié)構(gòu)

該井作業(yè)前生產(chǎn)參數(shù)為5 m×2.2 min-1，產(chǎn)液量4.5 m3/d，泵效19.1%；作業(yè)后生產(chǎn)參數(shù)為5 m×2.2 min-1，產(chǎn)液量9 m3/d，泵效達(dá)37.4%，目前該井運(yùn)行情況良好。

4 結(jié) 論

(1)通過開展長壽命深井抽油泵及桿管扶正、油氣分離等配套技術(shù)研究，形成一套適用于深井的長效舉升工藝，解決深井抽油泵漏失量大、結(jié)垢腐蝕、桿管偏磨問題。

(2)現(xiàn)場試驗(yàn)5井次，平均單井泵效提高6.4%，最長生產(chǎn)周期達(dá)292 d持續(xù)有效。