抽油機(jī)井自動(dòng)卸油泵的研制與應(yīng)用

蒙珍金 齊玉梅 宮艷紅 馮鴨宏 杜慶華

（中國(guó)石油大港油田公司第三采油廠）

泄油器作為抽油機(jī)井檢泵作業(yè)必不可少的一種輔助工具，在油井作業(yè)時(shí)，能夠防止油管內(nèi)的原油、污水等液體被帶到地面污染環(huán)境，同時(shí)減少冒噴對(duì)于施工進(jìn)度的影響。通常，在下生產(chǎn)管柱時(shí)會(huì)將泄油器提前安裝在抽油泵下面或者泵上面的油管上，以便下次作業(yè)時(shí)可使油管內(nèi)的油水等混合液體能夠泄油至油套環(huán)形空間。

油井躺井作業(yè)過(guò)程中，如果泄油失敗，需要使用在線清洗車、收水裝置、泵桿防噴器等環(huán)保清潔設(shè)備配合作業(yè)，增加環(huán)保清潔成本和能耗，所以研制一種躺井后自動(dòng)泄油的裝置顯得尤為重要。

1 存在的問(wèn)題

目前抽油機(jī)井現(xiàn)場(chǎng)常用的泄油技術(shù)為：可砸式泄油器安裝在抽油泵的泵筒與固定凡爾之間，正常生產(chǎn)時(shí)，井液通過(guò)泄油器內(nèi)部進(jìn)入油管，泄油器銷釘上的盤根起密封作用，保證不滲漏，油井躺井后，提出抽油桿柱，用泵桿短節(jié)或射孔棒投至油管內(nèi)，利用其重力和速度砸擊泄油器的銷釘，銷釘被砸斷，實(shí)現(xiàn)油套連通。

這種泄油方式存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）抽油機(jī)井桿斷后，由于斷桿占據(jù)油管內(nèi)空間，無(wú)法使用泄油工具砸擊泄油器泄油。2020 年采油廠抽油機(jī)維護(hù)上修740 井次（含撈桿），其中桿斷438 井次，占59.2%，其他原因302 井次，占40.8%。發(fā)生桿斷438 井次通過(guò)簡(jiǎn)化作業(yè)成功撈桿236 井次，其余202 井次進(jìn)行動(dòng)力上修，即202 井次因桿斷無(wú)法砸開泄油器，需配套環(huán)保裝置作業(yè)（在線清洗車或收水裝置），占桿斷井的41.3%。

2）因?yàn)榈貙勇┦o(wú)法建立循環(huán)洗井，油管內(nèi)油多而無(wú)法砸開泄油器。2020 年使用在線清洗車配合作業(yè)118 井次，其中洗井地層漏失63 井次（桿斷32 井次、其他31 井次）、洗井泵壓高洗不通41 井次（桿斷11 井次、泵或者桿卡8 井次，其他22 井次），兩項(xiàng)共計(jì)104 井次，占88.1%。這兩項(xiàng)中不計(jì)桿斷/桿泵卡，主要原因?yàn)榈貙勇┦o(wú)法建立循環(huán)洗井油管油多無(wú)法砸開泄油器53 井次。

3）原油物性差的稠油井，由于管內(nèi)死油阻力大無(wú)法砸開泄油器。泄油失敗后，一般采用的措施是在線清洗和收水裝置配合作業(yè)，造成水資源和原油資源的浪費(fèi)。2020 年，溫度為80 ℃時(shí)，原油黏度5 000 mPa·s 以上的上修井24 口，因原油黏度大，油管內(nèi)死油阻力大造成泄油器均無(wú)法砸開。

勝利油田張丁涌等[1]設(shè)計(jì)了井下驅(qū)動(dòng)舉升工藝的自動(dòng)泄壓裝置，除了在關(guān)機(jī)停產(chǎn)后防止電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)之外，還可以及時(shí)將油管內(nèi)積存的多余能量安全釋放；李建雄等[2]研制了可關(guān)閉旋轉(zhuǎn)式泄油器，除能在不起抽油桿柱情況下實(shí)現(xiàn)泄油外，還可實(shí)現(xiàn)泄油器反復(fù)開關(guān)使用，避免帶液體起管柱傷害環(huán)境。進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)并在泵深為3 000 m 以上的油井中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),成功率100%。遼河油田龐全書[3]研制了一種新型泄油器，具有錨定和泄油雙重功能，現(xiàn)場(chǎng)使用效果較好。長(zhǎng)慶油田范明理等[4]研制的泄油器，在常規(guī)泄壓器無(wú)法打開情況下開啟泄油，減少費(fèi)用投入，降低安全隱患，縮短作業(yè)時(shí)間。勝利油田王慧莉等[5]研制了安裝在抽油泵上的不同結(jié)構(gòu)和不同打開方式的泄油器，大幅度的提高了泄油成功率；大慶油田何武[6]提出了利用液流在扇形噴嘴處形成噴射面，對(duì)油管內(nèi)壁進(jìn)行沖洗，達(dá)到起出油管內(nèi)壁清潔、無(wú)需地面清洗的目的；冀東油田張進(jìn)等[7]對(duì)常規(guī)泄油器無(wú)法正常工作的原因進(jìn)行了細(xì)致分析，并對(duì)油管式泄油器的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，為選擇合適的泄油裝置提供了依據(jù)。吐哈油田許軍[8]、大港油田韓秀山[9]對(duì)常規(guī)泄油器常見故障提出了改進(jìn)措施，并提出了多種刮油技術(shù)，為從事油井作業(yè)的人員提供一定的參考與借鑒；吉林油田孫愛軍[10]設(shè)計(jì)研制了多種清洗工具，實(shí)現(xiàn)了油水不落地的環(huán)保施工。但針對(duì)利用抽油泵自動(dòng)泄油的理念和方法均未涉及。

2 地面輔助清潔裝置

1）刮油器和地面泄油器配合。中國(guó)石油吉林油田在用的地面輔助清潔裝置包括：油桿刮油器、油管刮油器和地面泄油器[11]，解決了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)施工中容易造成環(huán)境污染的兩個(gè)主要工序（起油桿、起油管）過(guò)程中原油泄油造成的問(wèn)題。

油桿刮油器固定在井口法蘭上，起桿時(shí)，油桿通過(guò)刮油器，刮油器中的膠皮閘板將油桿上的油污刮落到油管內(nèi)。油管刮油器需在施工前，將密封膠筒坐入井口套管內(nèi)，靠膠筒的彈性，將油管外壁的油污刮落到套管內(nèi)。地面泄油器在提管時(shí)主要是將上提油管內(nèi)的原油通過(guò)地面泄油器回流到套管內(nèi)。此種方法操作步驟繁瑣，冬季易造成油管內(nèi)的油污凝固堵塞。

2）在線清洗車和收水裝置的配合。油井泄油失敗后，儲(chǔ)存在油管內(nèi)的井液，在上提油管時(shí)，被帶至地面，污染井口和井場(chǎng)環(huán)境，為了保證油水不落地的環(huán)保施工，采用在線清洗和收水裝置配合作業(yè)。

在線清洗的管線直徑是小于油管直徑的，使用時(shí)，在線清洗管線的一端連接水罐車，另一端下入油井的油管內(nèi)部，加熱后的水打壓通過(guò)在線清洗管線進(jìn)入油管內(nèi)部，融化油管內(nèi)的死油，融化的井液經(jīng)油管和在線清洗管線的環(huán)形空間返出，經(jīng)生產(chǎn)閥門流出，生產(chǎn)閥門外接收水裝置，井液隨之進(jìn)入收水裝置內(nèi)，油管上部的井液反替干凈以后，下移在線清洗管線，用同樣的方法融化并反替油管內(nèi)的井液，直至油管內(nèi)的井液被置換成清水，關(guān)閉生產(chǎn)閥門，提出在線清洗管線，完成在線清洗操作。在線清洗車和收水裝置配合的環(huán)保清潔裝置與井筒內(nèi)的泄油器泄油相比較，成本高，僅2020 年在線清洗車、收水裝置等配合作業(yè)，共發(fā)生清潔費(fèi)用488.1 萬(wàn)元，并延長(zhǎng)了占井周期，單井平均增加占井周期1.6 d，嚴(yán)重影響作業(yè)井生產(chǎn)時(shí)率，降低了油井的生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。

3 結(jié)構(gòu)和工作原理

隨著油井在修井作業(yè)中對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，泄油器成為必備的井下設(shè)備，雖然現(xiàn)場(chǎng)用的泄油器種類很多，但是泄油器偶爾也會(huì)發(fā)生漏失現(xiàn)象，導(dǎo)致油井產(chǎn)量下降，動(dòng)液面上升，增加修井頻次。因此，提高作業(yè)井泄油成功率的同時(shí)，預(yù)防泄油器漏失同樣重要。抽油機(jī)井自動(dòng)泄油泵在原有的抽油泵的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使泄油和抽油功能合二為一，減少了下井工具數(shù)量（不用單獨(dú)使用泄油器），提高了泄油成功率。

3.1 自動(dòng)泄油泵結(jié)構(gòu)

抽油機(jī)井自動(dòng)泄油泵包括泵筒、活塞、游動(dòng)凡爾、固定凡爾、泄油孔組成，抽油機(jī)井自動(dòng)泄油泵原理見圖1，在普通抽油機(jī)井管式泵的基礎(chǔ)上增加了泄油孔，泄油孔位于泵筒的中上部，柱塞采用長(zhǎng)柱塞，保證正常生產(chǎn)時(shí)，調(diào)整防沖距長(zhǎng)柱塞堵住泄油孔。

圖1 抽油機(jī)井自動(dòng)泄油泵原理Fig.1 Schematic diagram of automatic oil drainage pump of pumping well

3.2 工作原理

抽油機(jī)井自動(dòng)泄油泵，在原有管式泵的泵筒上部打4 個(gè)泄油孔，作業(yè)時(shí)，泵筒隨油管下入井內(nèi)，活塞隨泵桿下入泵筒內(nèi)，完井后，調(diào)整合適的防沖距。油井開井后，抽油桿帶動(dòng)活塞在泵筒內(nèi)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞貼合在泵筒上，堵住泄油孔，保證油井正常生產(chǎn)。油井躺井后，調(diào)整防沖距，將活塞下放至泵筒底部或上提出工作筒，活塞不再與泵筒貼合，露出泵筒上部的泄油孔，油管內(nèi)的井液通過(guò)泄油孔與油套環(huán)形空間連通，完成泄油。這樣既能減少在線清洗造成的資源浪費(fèi)，又能防止起下井下工具時(shí)，原油被帶出井口造成污染和能源的損失，同時(shí)減少了在線清洗的占井時(shí)間，縮短占井周期。

在原有的抽油泵上增加泄油孔，無(wú)需重新設(shè)計(jì)制作，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。泄油時(shí)，只需改變活塞在泵筒中的位置即可，泄油時(shí)間短，成功率高，作業(yè)占井時(shí)間短。操作方法簡(jiǎn)便易學(xué)，可適用于所有抽油機(jī)井躺井后泄油，特別是無(wú)法用常規(guī)方法泄油的桿斷井。抽油機(jī)井自動(dòng)泄油泵采用長(zhǎng)柱塞結(jié)構(gòu)，減少砂卡泵的概率。

4 效果分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比

目前該成果在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好，2021 年使用10 井次，油井平均占井周期由5.4 d 降低到3.9 d，占井周期平均縮短1.5 d，提高了油井生產(chǎn)時(shí)率，提高油井產(chǎn)量（噸油成本860 元），10 口井共計(jì)減少環(huán)保清潔設(shè)備成本支出15 萬(wàn)元，同時(shí)降低了操作員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。抽油機(jī)井自動(dòng)泄油泵使用效果分析見表1。

表1 抽油機(jī)井自動(dòng)泄油泵使用效果分析Tab.1 Effect analysis of automatic oil drainage pump of pumping well

經(jīng)計(jì)算投入成本：自動(dòng)泄油抽油泵制作費(fèi)用4.7 萬(wàn)元；減少環(huán)保清潔設(shè)備使用10 井次，創(chuàng)效15 萬(wàn)元；減少作業(yè)占產(chǎn)產(chǎn)量損失創(chuàng)效4.56 萬(wàn)元；總效益14.86 萬(wàn)元。

4.2 節(jié)能效果對(duì)比

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用10 口井，在節(jié)能方面取得了較好的效果，在節(jié)省在線清洗用水能耗的同時(shí)，又能減少在線清洗和收水裝置設(shè)備運(yùn)行的耗能。清潔環(huán)保設(shè)備耗能效果分析見表2。共節(jié)約用水267 m3，降低能耗3 494.7 kgce，達(dá)到節(jié)能降耗目標(biāo)。

表2 清潔環(huán)保設(shè)備耗能效果分析Tab.2 Analysis of energy consumption effect of clean and environmental protection equipment

4.3 社會(huì)效益

1）抽油機(jī)井自動(dòng)泄油泵有效的提高了泄油成功率，降低員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，是采油行業(yè)的一個(gè)創(chuàng)新。

2）自動(dòng)泄油抽油泵的使用，避免了修井過(guò)程中，由于泄油失敗造成的環(huán)境污染。

3）自動(dòng)泄油抽油泵的研制與使用，減少了在線清洗、收水裝置等清潔設(shè)備使用次數(shù)，提高修井時(shí)率，實(shí)現(xiàn)管柱內(nèi)井液泄壓至井筒內(nèi)，減少產(chǎn)量損失。

5 結(jié)束語(yǔ)

1）抽油機(jī)井自動(dòng)泄油泵，泄油孔設(shè)計(jì)在抽油泵上，充分利用抽油泵自身資源，減少井筒內(nèi)下井工具的數(shù)量，既降低工具在井下?lián)p壞的風(fēng)險(xiǎn)，又減少了泄油器的投入成本。

2）抽油機(jī)井自動(dòng)泄油泵的研制與使用，縮短了泄油時(shí)間，提高了泄油成功率，油井平均占井周期縮短1.5 d，提高了油井生產(chǎn)時(shí)率，提高了油井產(chǎn)量，減少產(chǎn)量損失創(chuàng)效4.56 萬(wàn)元。

3）實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)泄油，減少了在線清洗等環(huán)保裝置的使用次數(shù)，節(jié)約用水267 m3，降低能耗3 494.7 kgce，達(dá)到節(jié)能降耗目標(biāo)，累計(jì)創(chuàng)效14.86 萬(wàn)元，在抽油機(jī)采油中實(shí)用性廣泛，具有良好的推廣前景。