超深井防氣抽油泵的研制與應用*

李永兵，王澤香，畢琳琳，王 波

（1渤海石油裝備（天津）新世紀機械制造有限公司2中國石油集團長慶油田采油七廠工藝研究所）

李永兵等.超深井防氣抽油泵的研制與應用.鉆采工藝，2019，42（5）：79-80

目前塔里木油田超深油井不但油層埋藏深，沉沒度低，并且部分油井中還存在含氣、含砂問題，需要采取加深泵掛進行超深抽工藝現(xiàn)場試驗［1］，目前常規(guī)抽油泵無論從結(jié)構(gòu)上還是性能上均不能滿足試驗要求，常規(guī)抽油泵應用于超深含氣含砂油井中易出現(xiàn)3個問題：①泵筒螺紋由于承受液柱重量及尾管重力作用，連接處強度不夠，易出現(xiàn)斷裂［2］；②常規(guī)抽油泵不具有防氣鎖功能，易氣鎖，泵效較低，一般在40%以下；③由于井中有油泥、砂子、鐵銹、結(jié)垢物等異物，經(jīng)常會造成抽油泵工作腔及固定閥卡泵［3-5］，抽油泵的使用壽命小于3個月。

針對這些問題，設(shè)計了超深井防氣抽油泵。通過改變泵筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其受力狀況得到改善，延長抽油泵使用壽命，滿足超深井的生產(chǎn)；設(shè)計排氣結(jié)構(gòu)以及防氣閥，減少氣鎖，提高泵效；改變工作腔結(jié)構(gòu)和固定閥結(jié)構(gòu)，使其有一定的沉砂空間，延緩或者減少卡泵幾率。

一、技術(shù)分析

1.結(jié)構(gòu)

該泵主要由泵筒、外管、排氣管、柱塞、柱塞防氣閥、游動閥、固定閥等組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 超深井防氣抽油泵結(jié)構(gòu)示意圖

2.工作原理

超深井防氣抽油泵在上沖程過程時，抽油桿柱上行，柱塞下部與泵筒之間形成的工作腔體積增大，壓力降低，柱塞上的游動閥關(guān)閉，固定閥打開，柱塞防氣閥受摩擦力作用及液體壓力作用打開，完成排液過程。下沖程過程時，抽油桿柱下行，柱塞防氣閥受液柱重量及摩擦力作用，柱塞防氣閥落在泵口，利于柱塞閉式閥罩內(nèi)的游動閥及時打開，減小氣鎖，固定閥關(guān)閉；隨著柱塞下行，工作腔壓力的增大，柱塞防氣閥克服液柱重量及摩擦力而打開。另外下沖程過程中柱塞下行出上泵筒時，柱塞與排氣管形成的排氣室內(nèi)氣體隨井液被排出，并被舉升至地面，減少氣鎖。

3.主要技術(shù)參數(shù)

超深井防氣抽油泵的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

4.結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)優(yōu)勢

（1）防氣鎖式柱塞結(jié)構(gòu)。設(shè)計成三個柱塞閥罩結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖1。上柱塞開口閥罩內(nèi)不裝閥球閥座，兩個柱塞閉式閥罩內(nèi)裝閥球閥座。上柱塞開口閥罩連接拉桿，拉桿上安裝柱塞防氣閥。在柱塞下行時，柱塞防氣閥落在泵口，承受液柱壓力，利于柱塞閉式閥罩內(nèi)的游動閥的及時打開，減少氣鎖，提高泵效。

（2）泵筒總成采用分段懸掛結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖2。上泵筒采用倒懸掛結(jié)構(gòu)，下泵筒采用正懸掛結(jié)構(gòu)，兩根泵筒外均連接外管，其目的為了保證泵筒不受液柱重力和泵下尾管重力作用，起到加深泵掛的目的，另外作業(yè)和生產(chǎn)時可以起到保護泵筒的作用，防止泵筒彎曲變形。外管及排氣管材料均選擇N80油管材料，螺紋均采用油管螺紋連接，連接強度高，滿足超深井使用要求［6］。

圖2 泵筒總成結(jié)構(gòu)示意圖

（3）自排氣泵筒結(jié)構(gòu)。兩根泵筒之間連接排氣管，具體結(jié)構(gòu)如圖2。排氣管內(nèi)徑比泵筒內(nèi)徑大17～24 mm，和柱塞形成排氣室，即為氣體的存儲空間。在含氣井上行程時，工作腔內(nèi)氣體析出并聚集在其上部，下行程時，部分氣體存積在柱塞與排氣管之間形成的排氣室內(nèi)，當柱塞離開上泵筒后，排氣室內(nèi)的氣體隨井液被排出，并被舉升至地面，這樣就減少了氣體聚集在工作腔內(nèi)，減少氣鎖。

（4）沉砂式固定閥。沉砂式固定閥由沉砂管外管和兩個固定閥組成［7］，具體結(jié)構(gòu)見圖3。上固定閥外連接沉砂外管，上固定閥與沉砂外管之間間隙較大，可以使工作腔內(nèi)的油泥、砂子、鐵銹、結(jié)垢物等異物沉積于此，減少了抽油泵工作腔卡泵幾率。采用加長管塞連接兩個固定閥，兩個固定閥之間的距離加大，大大減少了固定閥的砂卡。

圖3 沉砂式固定閥結(jié)構(gòu)示意圖

二、現(xiàn)場應用情況

超深井防氣抽油泵自2013年11月至今，以塔里木油田輪南區(qū)塊為主，先后在20余口井中投入使用。輪南區(qū)塊大部分含氣油井中氣液比為100～300 m3／m3，未使用該泵以前，由于氣鎖嚴重，泵效較低，并且泵筒內(nèi)經(jīng)常有油泥、砂子、鐵銹等造成卡泵，導致檢泵周期較短，通過現(xiàn)場應用該泵后，大大減少了卡泵現(xiàn)象，延長了檢泵周期，平均使用壽命達到7個月以上，最深泵掛深度達到3 803.83 m，泵效均達到56%以上，無論從結(jié)構(gòu)還是技術(shù)性能，該泵都非常適應超深井含氣、含砂油井的生產(chǎn)。

三、結(jié)論

（1）超深井防氣抽油泵提高了抽油泵的可靠性和適應性，結(jié)構(gòu)安全可靠。

（2）該泵結(jié)構(gòu)可有效減少氣鎖，有利于提高泵效。

（3）該泵減少抽油泵工作腔和固定閥卡泵幾率，延長抽油泵的使用壽命。

（4）現(xiàn)場應用結(jié)果表明，該泵適用于含氣、含砂超深油井開采，具有良好的推廣應用前景。