稠油井新型接力泵的研制與應(yīng)用

楊波（遼河油田分公司曙光采油廠）

稠油井注汽燜井后需要放噴生產(chǎn)一段時間，將井內(nèi)壓力降至為零。在放噴末期需要連接接力泵進(jìn)行輔助放噴。接力泵的作用是，當(dāng)油井壓力較低、井液不能輸送至采油井站時，利用接力泵的負(fù)壓抽吸作用，對井液繼續(xù)進(jìn)行抽吸，達(dá)到降低油井壓力，以方便油井下泵轉(zhuǎn)抽生產(chǎn)[1]。

1 現(xiàn)狀

目前曙光采油廠采油作業(yè)五區(qū)管轄的276 口超稠油井中，仍有122 口油井需要放噴生產(chǎn)，占比45.7%。采用的接力泵為轉(zhuǎn)子油泵，泵體質(zhì)量約2 000 kg。配備了1臺22 kW 三相異步電動機(jī)和1 臺減速器，在進(jìn)出口端匹配相應(yīng)的控制流程，包括3個（進(jìn)出口各1個，連通1個）2 in（1 in=25.4 mm）法蘭閘閥和進(jìn)出口管線及連通流程。使用時，轉(zhuǎn)子油泵完整剛體長度達(dá)到3.5～4 m。流程連接方面采用的是7 m 長的DN50 高壓鉆探膠管，分別將泵的進(jìn)口與油井生產(chǎn)閥門和泵的出口與回油流程相連接。經(jīng)過裝配后的轉(zhuǎn)子油泵，由于其質(zhì)量、體積大等因素，需要用自吊卡車進(jìn)行吊裝運(yùn)輸就位。放噴末期，稠油井油壓較低，井液黏度較大，轉(zhuǎn)子油泵供液能力變差，泵效極低，經(jīng)常抽空，油封長期處于空轉(zhuǎn)干磨狀態(tài)[2]。加之夜間生產(chǎn)時，巡井人員每4 h才能巡回檢查1次，油封損壞問題突出，井場污染時有發(fā)生。在流程連接時，需要3名操作人員近2 h 作業(yè)，方可將全部流程連接完畢，原因是由于7 m 長的高壓膠管不易盤卷，尤其在冬季膠管盤卷就更加費(fèi)時耗力。膠管拆卸時，管內(nèi)存液不易排空，油水經(jīng)常灑落，污染井場[3-5]。使用過程中，高壓鉆探膠管長期處于露天環(huán)境，損傷老化嚴(yán)重。吊裝、運(yùn)輸過程中，膠管碰傷破損現(xiàn)象較多，加之膠管為絲扣連接，常期反復(fù)拆裝導(dǎo)致絲扣磨損，也影響密封效果。諸多使用方面的問題，造成機(jī)泵使用效率明顯低下（圖1、圖2）。因此，研發(fā)新型接力泵在稠油井生產(chǎn)管理中顯得尤為必要。

圖1 油封漏污染

圖2 放噴膠管破損

2 技術(shù)研究

2.1 目前現(xiàn)狀

針對全區(qū)2016 年放噴井所使用的23 臺接力泵情況，進(jìn)行調(diào)查分析。結(jié)果表明：泵油封漏造成污染33 井次，占比25%；膠管破損造成污染25 井次，占比19%；接頭松動等其他問題17井次，占比13%；全年接力泵完好率只有43%。

2.2 總體技術(shù)思路

1）優(yōu)化機(jī)泵排量，提高機(jī)泵效率。采用螺桿泵代替旋轉(zhuǎn)活塞泵，減少汽蝕和機(jī)泵損壞率，提高設(shè)備使用壽命。同時優(yōu)化螺桿泵排量范圍，采用變頻控制，實(shí)現(xiàn)排量無級差調(diào)節(jié)，提高機(jī)泵輸液效率[6]。

2）采用直管連接，增加連接強(qiáng)度。利用高壓活動彎頭與高壓伸縮管進(jìn)行放噴井與接力泵、接力泵與回油管線的連接，增加連接強(qiáng)度，杜絕連接過程中與運(yùn)輸過程中造成的高壓鉆探膠管破裂。采用直管段連接可相應(yīng)減少連接過程中的操作人員數(shù)量，降低勞動強(qiáng)度，同時縮短管線連接時間[7]。

3）裝置功能集成，實(shí)現(xiàn)模塊操作。采用集合化方式，將螺桿泵與高壓活動彎頭、高壓伸縮管、變頻控制裝置整合設(shè)計，便于運(yùn)輸連接。

2.3 技術(shù)方案

2.3.1 泵型選擇

接力泵所用輸油泵類型決定了輸油能力及密封工作情況，根據(jù)《作業(yè)區(qū)放噴井管理規(guī)定》，放噴井最高單日排量需達(dá)到70 m3/d（2.92 m3/h），泵出口壓力需超過1 MPa。為了便于井液抽吸、輸送流暢，進(jìn)出口管徑為DN50；同時，考慮到需要實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)輸，所以泵身整體質(zhì)量要輕。經(jīng)過分析，確定采用盤根密封式的G30-2型螺桿泵作為新型接力泵的主體泵型，該螺桿泵額定排量為5.0 m3/h。此外，加裝2.2 kW的變頻調(diào)速電動機(jī)，相應(yīng)的變頻器按照配用電動機(jī)的額定功率3.3 kW計算，選擇配用功率為4 kW 的調(diào)相序式變頻器，以此實(shí)現(xiàn)排量的無級差寬范圍調(diào)節(jié)[8-11]。

2.3.2 設(shè)計伸縮管

利用對瓣格蘭卡入內(nèi)管外表面的鎖定卡槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)管定位。當(dāng)內(nèi)管定位后，在盤根盒內(nèi)填入相應(yīng)數(shù)量的密封盤根，上緊盤根盒蓋，此時底端受限位部件限定，上端受盤根部件限位，完成內(nèi)管的鎖定。利用盤根壓蓋進(jìn)行壓緊密封，同時達(dá)到鎖定內(nèi)管和密封的雙重目的，高壓伸縮管結(jié)構(gòu)見圖3。使用過程中，隨著壓力的升高，密封部件也隨之受壓，保證了在高壓狀態(tài)下的密封性能[12]。

2.3.3 接力泵運(yùn)輸?shù)妆P尺寸的確定

根據(jù)選用的螺桿泵尺寸（1 484 mm×420 mm×710 mm），設(shè)計泵體的運(yùn)輸?shù)妆P尺寸?？紤]到接力泵在運(yùn)輸、連接過程中，需要攜帶相應(yīng)的安裝工具和配套的零部件等因素，同時兼顧運(yùn)輸?shù)妆P不宜過大便于運(yùn)輸?shù)脑瓌t，將運(yùn)輸?shù)妆P初步尺寸確定為：底盤長度為1 955 mm；底盤寬度為840 mm。最終底盤尺寸為1900mm×900mm。

圖3 高壓伸縮管結(jié)構(gòu)

2.3.4 運(yùn)輸腳輪的選擇

經(jīng)過市場調(diào)查，運(yùn)輸腳輪有4～16 in 各種不同尺寸，考慮井場條件多為小沙石路面，腳輪高度不易過?。欢谶\(yùn)輸過程中，裝置整體高度也不易過大。通過對井場路面高差初步測量，最大低洼處下凹約為5 cm，最高處上凸約為6 cm，按腳輪高差安全系數(shù)為4.0計算，確定選擇10 in（約25 cm）實(shí)心橡膠腳輪。

2.4 新型接力泵結(jié)構(gòu)

按照總體技術(shù)思路和確定的技術(shù)方案設(shè)計出裝置外形結(jié)構(gòu)（圖4）。

圖4 接力泵整機(jī)結(jié)構(gòu)

3 技術(shù)應(yīng)用

3.1 工作原理

將油井放噴接力泵拖拉到放噴油井，通過調(diào)整擺放位置和伸縮管，使接力泵進(jìn)口與油井生產(chǎn)閥門連接，接力泵出口與回油管線連接，調(diào)整支撐系統(tǒng)使運(yùn)輸腳輪懸空穩(wěn)定，新型接力泵現(xiàn)場應(yīng)用見圖5。關(guān)閉所有放空閥門，打開井口流程回油閥門，打開機(jī)泵連通閥門，通過油井生產(chǎn)閥門調(diào)整放噴量。隨著油井放噴時間的延長，當(dāng)油井油壓下降到0.5 MPa 時，打開機(jī)泵進(jìn)出口閥門，關(guān)閉連通閥門，啟動機(jī)泵抽吸井內(nèi)油液，使井內(nèi)能量全部釋放。作業(yè)下泵時，拆除并移動裝置。

圖5 新型接力泵現(xiàn)場應(yīng)用

3.2 技術(shù)指標(biāo)

1）伸縮管耐壓試驗(yàn)達(dá)到5 MPa，穩(wěn)壓15 min以上，接頭及盤根處無滲漏。

2）新型接力泵運(yùn)輸方便，單人即可實(shí)現(xiàn)平地運(yùn)輸。

3）泵體就位簡便可靠，流程連接快速高效。經(jīng)3 口井試驗(yàn)表明，以往需3 人2 h 完成流程連接，現(xiàn)在需2人35 min完成接力泵連接。

4）活動接口加裝密封膠墊，確保各接口處無滲漏，接口密封率達(dá)到100%。

5）機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各接電線路達(dá)標(biāo)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速通過變頻旋鈕可實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

新型接力泵研制完成后，設(shè)計制作了9 臺套，單臺成本為8 768 元，總計投入制作費(fèi)用78 912元。2018年5月6日，在作業(yè)五區(qū)63口放噴井上相繼應(yīng)用了新型接力泵，獲得經(jīng)濟(jì)效益約279.68 萬元。新、舊型接力泵各項(xiàng)費(fèi)用對比見表1。

表1 新型接力泵與舊型接力泵各項(xiàng)費(fèi)用對比 萬元

4.2 社會效益

新型接力泵操作簡便易行，極大地降低了員工勞動強(qiáng)度。應(yīng)用該接力泵可實(shí)現(xiàn)放噴工具、零部件“一站式”運(yùn)輸，方便快捷。以往夜間需要電工進(jìn)行拆卸接力泵供電線，經(jīng)過改進(jìn)后，只需要分離卡扣開關(guān)即可完成電源分離，增加了裝置安全性能。杜絕接力泵在放噴過程中出現(xiàn)的油封、接頭、管線破損等漏失問題，顯著提高了管理水平。

5 結(jié)論

1）稠油井新型接力泵的應(yīng)用，杜絕由于油井放噴末期供液能力不足造成的機(jī)械密封干磨損壞而引發(fā)的原油泄漏污染問題，提高機(jī)泵運(yùn)行完好率。

2）利用卡鎖式伸縮管代替7 m 長的高壓鉆探膠管連接放噴流程，提高了流程連接效率，避免了因膠管老化、接頭、管線破損而造成的漏失污染問題。

3）通過運(yùn)輸腳輪與螺旋千斤頂配合，實(shí)現(xiàn)放噴工具、零部件“一站式”運(yùn)輸，同時利用小型電動機(jī)配合變頻調(diào)節(jié)，極大地減少了電能消耗。經(jīng)63 口油井應(yīng)用，累計節(jié)余費(fèi)用279.68萬元。

4）通過多項(xiàng)技術(shù)措施改進(jìn)，解決了以往接力泵工作效率低下的系統(tǒng)問題，實(shí)現(xiàn)了油井放噴裝置體積小型化、運(yùn)輸便捷化、連接快速化的目標(biāo)，為稠油井放噴接力泵的轉(zhuǎn)型換代升級找到了技術(shù)出路。