留北潛山大排量雙作用柱塞泵的應(yīng)用

王政國 李棟 苗彥平 朱治國 林旭 孫宇晗 鄧明

（華北油田分公司第三采油廠）

留北潛山油田自1978年6月投入開發(fā)，生產(chǎn)層位為霧迷山組，含油面積5.9 km2，地質(zhì)儲量 2 203×104t，熱田面積44.85 km2，熱資源為1.75×1018J（折標(biāo)煤5 972×104t），熱水資源量為3.93×108m3，井口熱水溫度約116℃，地下地?zé)豳Y源十分豐富。地?zé)豳Y源作為一種可再生綠色能源日益受到重視，國內(nèi)外各大油田一般利用地?zé)釤嵩催M(jìn)行生產(chǎn)維溫、井下管桿清洗、原油處理等。雖然留北潛山油田地?zé)崂幂^早，但利用的規(guī)模較小，尤其在潛山油藏開發(fā)后期，有大量潛山井因高含水而停產(chǎn)閑置，通過地質(zhì)論證，認(rèn)為該區(qū)域井網(wǎng)完善且相對集中、單井供液能力強(qiáng)、回注壓力低，2008年以來，陸續(xù)啟用潛山井采出地?zé)豳Y源為生產(chǎn)維溫、清洗油管、回收落地污油提供熱源。截至2018年底，該區(qū)已建成一整套地?zé)豳Y源采出、利用和回注的處理系統(tǒng)，日產(chǎn)液能力1.4×106m3，有力保障了油田正常生產(chǎn)，節(jié)約能源消耗[1-3]。

1 留北潛山油田地?zé)豳Y源開發(fā)現(xiàn)狀

2008年，留北潛山油田開始地?zé)豳Y源綜合利用先導(dǎo)性試驗(yàn)，采用電動潛油離心泵替代管式泵進(jìn)行大排量提液，3口電泵井大排量提液后，日產(chǎn)液由160 m3提升至2 968 m3，日增油51 t，平均產(chǎn)液溫度111℃，初期提液增油效果顯著。隨著開發(fā)的深入，增油效果逐漸下降，目前主要利用采出地?zé)崴M(jìn)行生產(chǎn)維溫、熱水清洗油管。采出地?zé)崴M(jìn)行生產(chǎn)管線維溫后，再利用溫度降至約80℃尾水加熱油田清罐、作業(yè)造成的含泥沙的污油，進(jìn)行融化沉降、分離、回收落地原油，年回收落地原油約700 t，解決了落地污油綠色環(huán)?；厥盏碾y題，低溫地?zé)嵛鬯M(jìn)入沉降罐，進(jìn)一步加熱清洗油管回收的老化油，提高原油脫水處理效果。利用高溫采出液為油管場熱煮油管，年清洗油管7萬余根，按提供的熱負(fù)荷折算耗電，年節(jié)約用電48.25×104kWh。

2 技術(shù)研究與改進(jìn)

采用電動潛油離心泵舉升工藝進(jìn)行提液，雖然解決了大排量提液難題，單井日產(chǎn)液最高可達(dá)1 100 m3，但一直存在維護(hù)費(fèi)用高、能耗大等問題難以解決[4]。這主要是因?yàn)橛捎诘責(zé)崴疁囟冗^高，且潛油電泵的整套裝置安裝在井下，井筒內(nèi)狹小的空間極易造成溫升過高，電動機(jī)長時間工作極易出現(xiàn)故障，電纜易老化，造成頻繁檢泵，潛油電泵維護(hù)費(fèi)用居高不下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，留北潛山油田單井年平均維護(hù)5.2次，年均維護(hù)費(fèi)用高達(dá)80.5萬元。同時，單井月耗電在3.5×104kWh以上，能耗較高。

針對留北潛山油田采用電動潛油離心泵舉升工藝進(jìn)行提液存在的維護(hù)費(fèi)用高、能耗大等問題，開展了雙作用抽油泵配套塔式抽油機(jī)大排量舉升工藝技術(shù)攻關(guān)。

2.1 雙作用抽油泵結(jié)構(gòu)

雙作用抽油泵由油管接頭、空心拉桿、泵筒、上固定凡爾、下固定凡爾、柱塞總成、上下游動凡爾、下游動凡爾等主要部件組成[4-5]（圖1）。

圖1 雙作用抽油泵結(jié)構(gòu)圖

2.2 雙作用抽油泵工作原理

上沖程時下固定凡爾打開。同時，上腔室體積減小，壓力增大，上固定凡爾關(guān)閉，下游動凡爾關(guān)閉，上腔室的液流啟開上游動凡爾，通過上柱塞排出地面。下沖程時下固定凡爾關(guān)閉，下游動凡爾打開，上游動凡爾關(guān)閉，液體通過柱塞、進(jìn)入油管。同時，上腔室體積增大，壓力降低，上固定閥打開，液體從油管與套管的環(huán)形空間進(jìn)行汲液（圖2）。

圖2 雙作用抽油泵工作原理圖

雙作用泵與常規(guī)管式泵相比，最顯著的特點(diǎn)是在一個往復(fù)沖程中，柱塞總成的上腔和下腔分別完成兩次進(jìn)液和出液，跟同泵徑和工作參數(shù)的管式泵相比，產(chǎn)液量提高1.6倍以上，打破了管式泵不能大排量提液的局限性[6-7]。

3 現(xiàn)場應(yīng)用及效果評價

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2018年12月，首先在留52N井進(jìn)行雙作用抽油泵配套塔式抽油機(jī)現(xiàn)場試驗(yàn)，該井采用潛油電泵生產(chǎn)時，日均產(chǎn)液515 m3，日均耗電量1 667 kWh，應(yīng)用雙作用泵配套塔式抽油機(jī)后日均產(chǎn)液624 m3，日均耗電量僅為196 kWh，日增液109 m3，日節(jié)電率達(dá)88.2%，取得了顯著的提液節(jié)電效果。隨后在留北潛山油田其它井進(jìn)行了規(guī)?；瘧?yīng)用，截至2019年7月底，共應(yīng)用了6口井，日產(chǎn)液由3 617 m3提升至4 515 m3，日增液898 m3，日耗電量由7 990 kWh降至970 kWh，日節(jié)電率達(dá)87.7%，節(jié)能效果顯著（表1）。

表1 雙作用泵應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)

3.2 效果評價

6口潛山采液井采用潛油電泵方式運(yùn)行，如果按年均運(yùn)行200天計(jì)算，年運(yùn)行費(fèi)用為465.09萬元，而按雙作用泵配套塔式抽油機(jī)運(yùn)行，年運(yùn)行費(fèi)用為152.55萬元，采用雙作用泵配套塔式抽油機(jī)運(yùn)行方式與電潛泵運(yùn)行費(fèi)用對比減少312.54萬元，大大降低了生產(chǎn)成本，潛油電泵年運(yùn)行費(fèi)用統(tǒng)計(jì)見表2。

雙作用抽油泵配套塔式抽油機(jī)與潛油電泵相比，節(jié)電效果十分顯著，分析原因主要有塔架式抽油機(jī)的動力組合裝置通過皮帶帶動抽油桿上下往復(fù)運(yùn)行，抽油桿和配重箱形成了天平式平衡，有助于降低無功損耗[8]。開關(guān)磁阻電動機(jī)通過對電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制實(shí)現(xiàn)配重箱與抽油桿的上下往復(fù)運(yùn)動，效率高，節(jié)能效果好，比抽油機(jī)電動機(jī)效率提高3%～10%。通過雙作用抽油泵配套塔式抽油機(jī)，不僅實(shí)現(xiàn)了大排量提液，同時大幅降低電量損耗，整體效益十分顯著[9-11]。

表2 潛油電泵年運(yùn)行費(fèi)用統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

1）在D177.8 mm套管的采液井上，潛油電泵和雙作用泵都能實(shí)現(xiàn)大排量提液。雙作用泵通過一次往復(fù)沖程完成兩次進(jìn)液和出液，跟同泵徑和工作參數(shù)相同的管式泵相比，排量大幅提高，從而可達(dá)到潛油電泵的排量。

2）雙作用泵通過配套塔式抽油機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)等節(jié)能設(shè)備，能夠大幅降低提液舉升能耗，與同排量的潛油電泵相比，日節(jié)電率可達(dá)到85%以上。

3）利用雙作用泵大排量提液舉升工藝是在留北潛山油田應(yīng)用潛油電泵提液面臨新的問題和挑戰(zhàn)時研究的一套新的技術(shù)體系。通過現(xiàn)場應(yīng)用獲得了顯著的節(jié)能、節(jié)支效益，應(yīng)用前景廣闊，為地?zé)豳Y源的效益開發(fā)提供了強(qiáng)力技術(shù)支撐[12]。