旁通阀液力反馈抽油泵研究及应用

2018-10-08

石油矿场机械 2018年5期

(中国石油辽河油田分公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦 124010)

辽河油田的稠油井开发后期，油层埋藏深、井况复杂、举升难度大、检泵频次高、系统效率低。采用有杆泵举升，一方面由于稠油的黏度高、流动阻力大，使泵效较低；另一方面，管杆偏磨问题严重，杆柱断脱是油井倒井的主要原因。现场实践和理论模拟表明，杆柱受力是井眼轨迹、流体性质、工作参数等因素综合作用的结果。在直井中，杆柱上行程时，杆柱处于受拉应力状态；下冲程时，抽油杆中和点之上是受拉状态，之下处于受压状态，呈正弦屈曲或螺旋屈曲状态[1-4]。在定向井或大斜度井中，需要根据三维井眼轨迹进行受力分析和计算。对于稠油井，泵充满程度主要取决于工作参数和流体黏度，需要设计相匹配的抽油泵。针对这些问题，研制了旁通阀液力反馈抽油泵。

1 工作原理

旁通阀液力反馈泵设计原理如图1所示。上冲程时，抽油杆带动上、下柱塞一起上行，出油阀组关闭，泵腔体积增大，压力下降，旁通固定阀开启，井液在沉没压力作用下进入环形泵腔，完成进液过程。下行程时，上泵和下泵的环形泵腔体积减小，压力升高，旁通固定阀在自重和弹簧力的作用下关闭，出油阀开启，完成排液过程。此时，泵外压力低，管柱内液体载荷作用在下柱塞截面上，形成向下的液压反馈力，帮助杆柱下行。

a 上冲程 b 下冲程

2 结构组成

在采油生产过程中，通过进、出油阀的交替关闭，使得泵上液柱压力产生液压反馈力，增大泵下行力，进而克服下行阻力[5-8]。该种方式应用的是液力反馈原理。本文所述旁通阀液力反馈泵采用旁通进油阀，如图2所示，泵阀采用弹簧复位球阀，柱塞两端设计防砂结构，异径泵筒采用上下2个内径不同的常规泵筒，通过中间接箍连接而成，泵筒两端带有上下2个接头和护帽。

旁通阀液力反馈泵通过损失排量而增加柱塞下行力。采用式(1)进行理论排量计算。

(1)

式中：Q为理论排量，m3/d；Du为上柱塞直径，m；Dd为下柱塞直径，m；S为冲程，m；N为冲次，min-1。

反馈力的大小与油套管的压差成正比,只要油井动液面深度一定，反馈力的大小是一定的。反馈力的大小采用式(2)计算。

(2)

式中：F为液压反馈力，N；H为动液面深度，m；p为井口压力，Pa。

1—泵筒上接箍；2—上泵筒；3—中间接箍；4—下泵筒；5—泵筒下接头。

3 技术特点及适应范围

1) 旁通阀液力反馈泵进油阀的流道短、通径大，吸入性能好，阻力小，提高了抽油泵的充满程度和效率。

2) 复位弹簧具有扶正作用，克服了斜井、水平井导致的阀球关闭滞后和阀球偏落的问题。

3) 上柱塞采用螺旋刮砂结构，可防止砂卡，延长油井检泵周期。

4) 泵筒底部连通，油管内液体可泄入井内，井下不用泄油器；可不动管柱进行热采、正反洗井、冲砂、压井、测试等作业。

泵规格参数如表1所示，能够适应以下井况：

1) 适用泵挂位置井斜小于65°的斜井、水平井。

2) 适用于原油黏度小于6 000 mPa·s的稠油热采井。

3) 适用于下行阻力大，偏磨严重的油井。

4 应用实例分析

研制的旁通阀液力反馈抽油泵在现场试验和应用130余井次，取得了较好效果。以曙2-6-33井为例，该井为1口大斜度井，正常检泵周期4个月。2015-05，杆柱断脱检泵，进行了系统优化设计[9-10]，设计杆柱组合为ø25.4 mm(1in)×600 m+ø22.2 mm(in)×824 m+ø19.1 mm(in)×1 600 m。根据杆柱受力计算(如图3)，该井中和点在2 570 m，中和点以下井段下冲程时存在屈曲应力。采用液力反馈泵，可为杆柱下行提供动力，避免下行程中杆柱弯曲，同时提高泵充满程度。