蒸汽驅(qū)舉升技術(shù)研究與應(yīng)用

摘 要：本文研究了三類蒸汽驅(qū)舉升工藝的管柱和原理，重點(diǎn)介紹了三類抽油泵的結(jié)構(gòu)及其規(guī)格型號(hào)。

關(guān)鍵詞：蒸汽驅(qū)；舉升工藝；多功能泵

前言

蒸汽驅(qū)在提高稠油開(kāi)采效率的同時(shí)，也為舉升帶來(lái)了新的難題：舉升工具因熱變形、腐蝕，油井出砂量增加和出砂、套變的不可預(yù)見(jiàn)性，蒸汽入泵導(dǎo)致“氣鎖”等。蒸汽驅(qū)用金屬泵可以將進(jìn)泵的砂源源不斷地提攜到地面或?qū)⒉荒芴釘y到地面的砂粒儲(chǔ)存在不影響機(jī)-桿-泵系統(tǒng)工作的空間內(nèi)。同時(shí)，將傳統(tǒng)型式的底閥改進(jìn)為可實(shí)現(xiàn)快速關(guān)閉和自動(dòng)清洗的旋流底閥以提高泵 效。為了更好適應(yīng)蒸汽驅(qū)開(kāi)采方式，在保證抽油泵不變形、耐蝕、防氣的前提下，能夠高效、低耗、低成本地解決和避免蒸汽驅(qū)油井舉升砂害，研究多個(gè)泵的結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢(shì)和汽驅(qū)井有桿泵過(guò)油層深抽技術(shù)。

蒸汽驅(qū)開(kāi)采是指由注入井連續(xù)向油層注入高溫濕蒸汽，加熱并驅(qū)替原油再由生產(chǎn)井采出的開(kāi)發(fā)方式。其開(kāi)采過(guò)程是連續(xù)的，因此汽驅(qū)井在生產(chǎn)過(guò)程中表現(xiàn)出產(chǎn)出液溫度高、含水變化快的特點(diǎn)，部分井套管還伴有大量蒸汽，為解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的這些問(wèn)題，提高舉系統(tǒng)效率，完善蒸汽驅(qū)舉升工藝技術(shù)。

一、陶瓷泵

陶瓷泵結(jié)構(gòu)上屬于管式泵，主要由泵筒、泵閥、柱塞三部分組成。

同普通抽油泵相比，陶瓷泵在材料選擇上和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上具有以下特點(diǎn)：

1、材質(zhì)

陶瓷泵柱塞采用工業(yè)陶瓷新材料-氧化鋯作為基體材料，具有耐高溫，耐磨，耐腐蝕的特點(diǎn)；柱塞的工作表面呈玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，無(wú)晶格邊界，具有很強(qiáng)的耐腐蝕性能，表面硬度為HRA87以上，室內(nèi)試驗(yàn)推算，壽命可達(dá)普通柱塞的10倍。除此之外，柱塞的熱穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)低。

為了提高泵的整體耐高溫耐腐蝕性能，陶瓷泵的所有零件都選用了耐高溫材料制成，并且進(jìn)行了防腐強(qiáng)化處理。

2、結(jié)構(gòu)

固定閥設(shè)計(jì)為大流道結(jié)構(gòu)，閥體為滴落式閥體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了導(dǎo)向裝置，關(guān)閉時(shí)導(dǎo)向?qū)χ行院茫P(guān)閉迅速，密封可靠，使啟閉性能和密封性能均有較大提高。

游動(dòng)閥采用了雙閥結(jié)構(gòu)，柱塞上的雙游動(dòng)閥，一組采用硬質(zhì)合金閥，一組采用了陶瓷閥。采用硬質(zhì)合金閥，是利用其材料比重大，下降速度快的特點(diǎn)來(lái)提高出油閥關(guān)閉速度；采用陶瓷閥，是利用其耐高溫、耐腐蝕和耐磨損的特點(diǎn)，提高泵的工作性能和工作壽命。另外，游動(dòng)閥的閥罩采用了射流式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成流線型過(guò)渡，使流道的磨阻減到最小，以降低抽油泵的下行阻力。

陶瓷柱塞采取中心管定位，間隔安裝減震機(jī)構(gòu)，外加輔助密封面的等徑柱塞結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了抗震性能和密封性。

由于該泵采用了大流道的進(jìn)油結(jié)構(gòu)，而且所有進(jìn)出油口都采用了射流式流道，減少了進(jìn)油阻力，提高了泵的充滿系數(shù)，改善了抽油泵及整個(gè)系統(tǒng)的載荷條件。

目前，現(xiàn)場(chǎng)使用的陶瓷泵規(guī)格有φ70mm、φ57mm兩種，泵型有5m一種。

二、沉砂泵

沉砂泵結(jié)構(gòu)上屬于管式泵，主要由內(nèi)泵筒、外泵筒、儲(chǔ)砂筒、柱塞、連桿、擋砂環(huán)、助抽器七部分組成（見(jiàn)圖4-6），沉砂型抽油泵將井液視為不需“濾砂”的，該泵的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)為雙泵筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)泵筒與柱塞配合舉升液體。外泵筒是沉砂通道，與儲(chǔ)砂筒連接，使管內(nèi)沉砂落入儲(chǔ)砂筒內(nèi)。

（2）連桿上裝有擋砂環(huán)，抽油泵工作時(shí)，擋砂環(huán)落在內(nèi)泵筒上，當(dāng)沉砂下落時(shí)在擋砂環(huán)阻擋作用下，沉砂經(jīng)內(nèi)外泵筒間隙落入儲(chǔ)砂筒內(nèi)。

（3）助抽器安裝在桿柱上，它的作用是降低雙閥工作時(shí)的壓差，減少泵的漏失和雙閥的磨損。

（4）柱塞上下兩端有刮砂結(jié)構(gòu)，可以防止砂粒進(jìn)入活塞與泵筒間隙。

（5）旋流底閥內(nèi)的快速關(guān)閉機(jī)構(gòu)使柱塞到達(dá)上死點(diǎn)的瞬間快速關(guān)閉球閥，可達(dá)到提高泵效的目的；旋流底閥使入泵流體處于旋進(jìn)狀態(tài)，入泵流體將對(duì)固定和游動(dòng)凡爾系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，防止凡爾結(jié)垢。

另外，儲(chǔ)砂空間可根據(jù)井身參數(shù)和出砂情況自行設(shè)置。目前現(xiàn)場(chǎng)使用的沉砂泵主要有兩類：長(zhǎng)效抗卡抽油泵和多功能抽油泵。

三、浮環(huán)泵

浮環(huán)泵結(jié)構(gòu)上屬于管式泵，主要由泵筒、浮環(huán)總成、浮環(huán)架三部分組成（見(jiàn)圖4-7）。采用浮環(huán)式結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

（1）浮環(huán)采用特殊非金屬密封材料，具有適當(dāng)?shù)乃苄裕瑫r(shí)具有良好的耐高溫、耐磨和耐腐蝕性能。當(dāng)固體顆粒進(jìn)入軟—硬摩擦間隙后可被非金屬材料包容，形成良性摩擦機(jī)理。同時(shí)軟密封采用浮環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與非金屬材料性能相配合，以彈性非金屬元件補(bǔ)償金屬元件的彈性欠缺，密封環(huán)、泵筒的磨損量可在液力作用下自動(dòng)補(bǔ)償，熱膨脹量可由彈性元件的退讓解決，避免熱卡。

（2）采用軟硬摩擦副，取消普通抽油泵硬對(duì)硬滑動(dòng)摩擦副，允許固體顆粒進(jìn)入泵內(nèi)任何空間，且密封結(jié)構(gòu)采用液力自緊密封，可以實(shí)現(xiàn)理論上的零間隙密封。

（3）以相互完全獨(dú)立的多級(jí)浮環(huán)密封結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柱塞結(jié)構(gòu)，浮環(huán)強(qiáng)開(kāi)強(qiáng)閉，具有一定的防汽鎖性能。

目前，現(xiàn)場(chǎng)使用的浮環(huán)泵規(guī)格有φ70mm、φ57mm、φ44mm三種，泵型有3m、5m兩種。

四、結(jié)論

蒸汽驅(qū)舉升工藝是蒸汽驅(qū)開(kāi)采技術(shù)的關(guān)鍵之一，決定了蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)的成敗，陶瓷泵，沉砂泵，浮環(huán)泵取得了長(zhǎng)期有效的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

姜紅梅，出生于1969年7月，1987年4月參加工作，2005年畢業(yè)于沈陽(yáng)師范大學(xué)，現(xiàn)從事井下工具檢測(cè)和中間試驗(yàn)工作。