側流式深采抽油泵的研制與應用

胡 楨,李進義,劉建魁,袁金雷

(1.中船重工中南裝備有限責任公司,湖北宜昌443305;2.中石化西北油田分公司塔河采油廠,新疆輪臺841604)

側流式深采抽油泵的研制與應用

胡 楨1,李進義1,劉建魁1,袁金雷2

(1.中船重工中南裝備有限責任公司,湖北宜昌443305;2.中石化西北油田分公司塔河采油廠,新疆輪臺841604)

現有的有桿泵滿足不了深度＞3 000 m的深層油井的開采需要。研制了側流式深采抽油泵,具有柱塞強度高、沖程長、泵效高的特點,在不增加地面動力設備和不提高井口設備、管線的耐壓水平的前提下,可滿足4 000 m以下深抽工藝的要求,延長檢泵周期,降低采油成本。

深層油井;機械采油;抽油泵;側流閥

Abstract:The side-flow subsurface pump is specially designed for deep wells 3 000 meter deep,because current sucker rod pump cannot meet need for artificial lifting in such depth.It features high strength plunger,long stroke,and high pumping efficiency.And it can be used for artificial lifting in deep wells below 4 000 meters,without extra need for surface pumping unites,wellhead equipment and pipes.Also,it provides long maintenance intervals and thus cuts down production cost.

Key words:deep well;artificial lifting;subsurface pumps;side-flow valve

有桿機械采油系統具有結構簡單、維修管理方便、作業成本低廉的優點,在世界各油田得到廣泛應用。但是,受有桿泵采油系統自身強度不足的限制,主要是沒有能承受深井開采載荷的抽油泵,使得該系統無法滿足深度＞3 000 m的深層油井的開采需求。

目前,國內油田深井開采多使用直徑?32 mm和?38 mm的小泵徑管式抽油泵,下泵深度在2 800～3 000 m,由于受結構限制,該泵強度薄弱,設計最大下泵深度＜3 000 m,當實際工作深度超過設計深度時,就會導致檢泵周期大幅度下降,采油成本劇增。

研究發現,抽油泵的外徑受井眼尺寸的限制,只能是立式結構[1],其主要承載點為柱塞總成上部的出油閥處[2]。由于在工作中,柱塞始終在泵筒內運動,而且原油要通過柱塞和出油閥的空腔進入上部油管內,因此上出油閥的外徑和內徑分別受到了泵筒內徑和油流通道的限制,使得該處的強度無法承受深采的載荷。要想達到深采要求,就必須提高柱塞總成的承載能力。根據這個思路,中船重工中南裝備有限責任公司研制了側流式深采抽油泵,并進行了現場試驗,取得了良好效果。

1 結構

側流式深采抽油泵的結構如圖1。柱塞為實芯結構,中心無過油通道,兩端不需裝游動閥。用側流閥替代了游動閥,側流閥罩上設計有2個互不連通的油流通道,一個通道與泵筒和過橋管間的環形通道相連通;另一個通道與柱塞下部的泵腔相連通。2個通道通過側流閥的開啟和關閉而連通和隔斷。

圖1 側流式深采抽油泵結構

2 工作原理

上沖程時,柱塞在抽油桿的帶動下上行,柱塞下方泵腔體積增大,壓力下降,側流閥在泵上油管內液柱的壓力下關閉,進油閥在沉沒壓力作用下打開,井下油液進入柱塞下方泵腔內。

下沖程時,柱塞在抽油桿的帶動下下行,柱塞下方泵腔體積減小,壓力增大,進油閥在自身重力和腔室壓力的作用下關閉,側流閥在腔室壓力的作用下打開,柱塞下方泵腔內液體通過側流閥排至泵筒和過橋管間的環形通道,并進入抽油泵上方油管內。

3 主要技術參數(如表1)

表1 側流式深采抽油泵技術參數

4 主要技術特點

側流式深采抽油泵采用了側流閥結構來取代常規的游動閥,在排油時,油流不需通過柱塞組件內孔和拉桿與泵筒間的環形空間進入泵上油管內,而是通過側流閥和泵筒與過橋管間的環形通道進入油管,這就使得設計空間較大,與常規管式泵相比具備了以下優點:

a) 拉桿可以選用大直徑結構。由于不再需要拉桿與泵筒間的油流通道,因此所選用拉桿直徑只要略小于泵筒內徑即可,使得拉桿的強度得到大幅度提高。

b) 柱塞可以設計為實芯加強結構。由于不再需要柱塞組件內孔的油流通道,因此柱塞可以設計為實芯結構,上、下游動閥也可以取消,這就使得柱塞組件的強度得到大幅度提高。

c) 設計有過橋管,使得液柱壓力和尾管重力作用在過橋管上,減少了泵筒承受的載荷,避免了泵筒的變形。因而可通過加深泵掛,增加抽油泵的沉沒度來提高泵在抽汲過程中的充滿系數,提高泵效。

d) 排油通道更加暢通,降低了油阻。由于不再受尺寸限制,該產品增大了排油通道面積,使得排油時的油流阻力大為降低,提高了抽油泵的泵效,也減少了油阻對整個抽油體系造成的影響。

5 試驗與現場應用

5.1 試驗

為了驗證側流式深采抽泵的性能,試制了泵徑分別為?38、?44 mm和?56 mm,沖程為8.1 m的3臺樣機進行工藝性能試驗,試驗前、后泵示功圖如圖2～3。在按照 GB/T18607—2008標準的要求,在真空度試驗、漏失量試驗合格的基礎上,進行泵總成密封試驗,將試驗壓力提高到50 MPa,保壓3 min,3臺產品的壓力降均＜0.5 MPa,說明能夠滿足設計要求。

圖2 試驗前管式泵示功圖

5.2 現場應用

2009-01-27,在新疆塔河油田采油一廠 T302井上開展了?38 mm側流式深采抽泵現場試驗,泵掛深度4 019.16 m,試抽成功,創下了當時有桿泵下深的全國記錄。作業前該井選用?38 mm整筒泵,下泵深度3 000 m,動液面2 900 m,日產液3.7 t,日產油3.5 t,泵效15.8%,由于供液不足,只能間開生產。轉側流式深采抽油泵生產后,初期日產液16.3 t,待生產穩定后,日均產液7.9 t,日均產油7.3 t,平均泵效33.5%,同時實現了連續生產。截至2009-12,有效期已超過320 d,目前仍在穩定運行。

圖3 試驗后側流式深采抽油泵示功圖

6 結論

1) 側流式深采抽油泵創新采用了側流閥結構,用以取代常規的游動閥,通過改變抽油泵的排油通道,實現了實芯柱塞和大直徑拉桿的選用,提高了柱塞組件在深抽時的承載能力。

2) 現場應用表明,與常規有桿泵相比,側流式深采抽油泵具有柱塞強度高、沖程長、泵效高等優勢,在不增加地面動力設備和不提高井口設備、管線的耐壓水平的前提下,可滿足4 000 m以下深抽工藝的要求,延長檢泵周期,降低采油成本。

[1] 沈迪成,艾萬誠,盛曾順,等.抽油泵[M].北京:石油工業出版社,1994:8-9.

[2] 于新哉,王志明,王澤香,等.特種桿式抽油泵結構優化設計[J].石油礦場機械,2008,37(12):71-74.

[3] 張延東,宋念友.抽油泵游動閥改進設計[J].石油礦場機械,2009,38(10):57-59.

[4] 曹浪波.深抽井用小型抽油泵結構改進與應用[J].石油礦場機械,2004,33(3):98-99.

Development and Application of Side-flow Subsurface Pumps for Deep Wells

HU Zhen1,LI Jing-yi1,LIU Jian-kui1,YUAN Jin-lei2
(1.Zhongnan Equipment Company,Ltd.,Yichang443305,China;2.Tahe Oil Production Plant,Northwest Petroleum Branch,SINOPEC,Luntai841604,China)

TE933.303

A

1001-3482(2010)08-0035-03

2010-01-16

項目來源:實用新型專利(ZL 2006 2 0097893.7)

胡 楨(1972-),男,河北東光人,工程師,2002年畢業于長江大學機械制造及其自動化專業,現從事石油機械產品的設計工作,E-mail:hu72@sina.com。