注氣防垢泵的研制及應(yīng)用

夏新躍，田 云，田 景，王磊磊

（1中國石油化工股份有限公司西北油田分公司2中國石油集團東北煉化工程有限公司葫蘆島設(shè)計院）

夏新躍等.注氣防垢泵的研制及應(yīng)用.鉆采工藝，2019，42（5）：108-109

塔河油田為非均質(zhì)性極強的奧陶系縫洞型碳酸鹽巖油藏，由于油質(zhì)稠，采用套管摻入稀油方式進行降黏生產(chǎn)［1-4］。為有效解決稠油上返無法正注的難題，選用抽稠泵作為有桿泵生產(chǎn)的主要方式［5］。隨著氮氣替油成為油田增產(chǎn)的重要方式［6-11］，現(xiàn)有抽稠泵在注氮氣過程中存在一定不適應(yīng)性，主要表現(xiàn)為注氮氣后抽油桿無法順利下放［12］，增大了檢泵風(fēng)險，嚴重影響生產(chǎn)時效和采油成本，為此，需完善現(xiàn)有抽稠泵結(jié)構(gòu)，提高適應(yīng)能力。

一、技術(shù)分析

現(xiàn)場一般采用油管正注氮氣替油的方案，以避免套管損壞。馬德昌［5］闡述了抽稠泵的工作原理，抽稠泵泵筒直接連接油管，柱塞直接連接抽油桿，為確保油管暢通，一般提出2根抽油桿，使柱塞脫離泵筒，實現(xiàn)油管正注氮氣。由于采油廠使用抽稠泵為5級間隙（0.125 mm），柱塞表面或者泵筒內(nèi)壁發(fā)生輕微腐蝕結(jié)垢就會嚴重阻礙柱塞順利下入泵筒，影響抽稠泵正常生產(chǎn)。唐海飛等人［12］分析了注氮氣造成結(jié)垢的主要原因，由于現(xiàn)場工藝條件限制，難以保證注氮氣期間不形成腐蝕結(jié)垢物，基于抽稠泵柱塞與泵筒間隙小，一旦柱塞或泵筒附著結(jié)垢物，柱塞難以下入泵筒的問題，設(shè)計了注氣防垢泵。

二、注氣防垢泵

1.結(jié)構(gòu)

注氣防垢泵結(jié)構(gòu)如圖1所示，該泵由上、下兩支不同泵徑的抽油泵串聯(lián)而成，上部為大泵，下部為小泵，上下泵均采用長柱塞泵筒結(jié)構(gòu)，在上泵筒上部開設(shè)注氣孔，在上泵筒外部設(shè)計存垢空間，在柱塞上部和泵筒下部設(shè)計刮垢環(huán)，實現(xiàn)抽稠泵注氮氣后正常生產(chǎn)。

圖1 注氣防垢泵結(jié)構(gòu)示意圖

2.工作原理

工作時，柱塞總成隨抽油桿一起往復(fù)運動，上沖程時，出油閥受油管內(nèi)液柱壓力作用而關(guān)閉，下柱塞與上泵筒之間的環(huán)形腔體積增大，壓力降低，進油閥在沉沒壓力的作用下打開，油液通過下柱塞內(nèi)腔進入環(huán)形腔內(nèi)；下沖程時，環(huán)形腔內(nèi)體積減小，壓力增大，進油閥關(guān)閉，出油閥打開，環(huán)形腔內(nèi)油液通過上柱塞內(nèi)腔進入泵上油管內(nèi)。此時，下柱塞上端承受油管液柱的壓力，下端是油井沉沒度壓力，在壓差作用下，下柱塞產(chǎn)生向下的液壓反饋力，拉動抽油桿柱下行，有效克服桿柱下行時稠油的黏滯阻力，從而保證抽油桿與抽油機同步運行。當油井需要注氣作業(yè)時，將抽油桿柱下放到底，形成碰泵，此時，上柱塞沉入到上泵筒下部，注氣孔與泵上油管連通，泵上下貫通，形成注氣和正洗井通道，即可注氣作業(yè)。注氣完畢，上提柱塞，使其封住注氣孔，就可恢復(fù)正常生產(chǎn)（見圖1）。

3.技術(shù)優(yōu)勢

注氣防垢泵集成了現(xiàn)有抽稠泵的特點，適合應(yīng)用于稠油注氮氣井中，主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：

（1）減少注氮氣時氣、水直接作用在柱塞、泵筒表面。優(yōu)化設(shè)計的注氣孔位于上泵筒上部0.5 m處，注氣孔面積31 mm2，注氣通道內(nèi)徑110 mm，有效保證注氣通道暢通；通過引入注氣孔，實現(xiàn)注氣時，泵筒總成與柱塞總成封閉，混注液不再從泵筒內(nèi)部通過，而是經(jīng)注氣孔，從泵筒外壁與過橋管內(nèi)壁間的注氣通道通過。

（2）減少注氮氣時柱塞、泵筒腐蝕結(jié)垢或附著垢物。注氮氣時柱塞完全位于泵筒內(nèi)，可以實現(xiàn)：①降低氣、水腐蝕柱塞、泵筒程度，減少結(jié)垢發(fā)生；②降低油管、抽油桿的結(jié)垢物附著在柱塞、泵筒表面。

（3）減少柱塞難以放入泵筒及卡泵風(fēng)險。注氣防垢泵直接將柱塞放入泵筒，正常生產(chǎn)時只需將柱塞上提，減少柱塞放入泵筒難度；為進一步清理部分未受保護的柱塞、泵筒的結(jié)垢物質(zhì)，設(shè)計刮垢環(huán)及存垢空間，即上提柱塞時上部刮垢環(huán)可清理注氣期間附著在上泵筒內(nèi)壁上的垢物，推入到上泵筒外部存垢空間；同時，下部刮垢環(huán)可清理下柱塞外壁上附著垢物，使其掉入泵下油管內(nèi)，防止卡泵發(fā)生。

（4）減少作業(yè)費用及生產(chǎn)影響。注氣防垢泵可實現(xiàn)柱塞順利進入泵筒，減少因柱塞難以進入泵筒形成檢泵作業(yè)；同時提高生產(chǎn)時效，及時進行抽稠泵生產(chǎn)，減少產(chǎn)量損失。

4.技術(shù)指標

?70／44注氣防垢泵泵常數(shù)為3.35 m3／d，泵體最大外徑116 mm，最大下泵深度2 800 m。

三、現(xiàn)場應(yīng)用

TH121XX井為塔河油田一口開發(fā)井，累計生產(chǎn)稠油3.5×104t，注水替油效果變差，日產(chǎn)液51 t，含水90%，日摻稀16 t，為提高開采效益，實施注氮氣替油生產(chǎn)。

2018年3月組下注氣防垢泵配合注氮氣工藝，管柱結(jié)構(gòu)：絲堵+油管×2根+篩管×10根+?88.9 mm油管×80根+變扣+70／44注氣防垢泵+?88.9 mm油管×2 000 m+雙公短節(jié)+油管掛，柱塞下放至泵筒直接注氮氣。注氮氣80×104m3后燜井19 d，開井泄壓后主動上提柱塞0.9 m，順利實現(xiàn)防垢泵正常生產(chǎn)，初期工作制度3.4 m×3 m／min，日產(chǎn)油14 t，含水0，日摻稀8 t，已平穩(wěn)運行70 d，有效避免抽稠泵下放柱塞困難導(dǎo)致無法正常生產(chǎn)的風(fēng)險，TH121XX井注氮氣生產(chǎn)前后對比見表1。

表1 TH121XX井注氮氣生產(chǎn)前后對比表

四、結(jié)論

（1）現(xiàn)有抽稠泵在注氮氣期間易產(chǎn)生結(jié)垢物質(zhì)，柱塞下放困難影響生產(chǎn)時效，需要檢泵恢復(fù)生產(chǎn)，增加采油成本。

（2）注氣防垢泵結(jié)構(gòu)簡單，具有注氣、生產(chǎn)獨立通道，實現(xiàn)注氮氣期間柱塞置于泵筒內(nèi)，不直接腐蝕柱塞、泵筒，消除柱塞下放泵筒失敗風(fēng)險。

（3）注氣防垢泵解決了注氮氣結(jié)垢無法正常生產(chǎn)的問題，但由于注氣孔位于泵筒上部，需要合理調(diào)整防沖距，一般碰泵后上提柱塞0.9～1.4 m，否則會影響泵效。