蒸汽驅舉升技術研究與應用

摘 要：本文研究了三類蒸汽驅舉升工藝的管柱和原理，重點介紹了三類抽油泵的結構及其規格型號。

關鍵詞：蒸汽驅；舉升工藝；多功能泵

前言

蒸汽驅在提高稠油開采效率的同時，也為舉升帶來了新的難題：舉升工具因熱變形、腐蝕，油井出砂量增加和出砂、套變的不可預見性，蒸汽入泵導致“氣鎖”等。蒸汽驅用金屬泵可以將進泵的砂源源不斷地提攜到地面或將不能提攜到地面的砂粒儲存在不影響機-桿-泵系統工作的空間內。同時，將傳統型式的底閥改進為可實現快速關閉和自動清洗的旋流底閥以提高泵 效。為了更好適應蒸汽驅開采方式，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油井舉升砂害，研究多個泵的結構和優勢和汽驅井有桿泵過油層深抽技術。

蒸汽驅開采是指由注入井連續向油層注入高溫濕蒸汽，加熱并驅替原油再由生產井采出的開發方式。其開采過程是連續的，因此汽驅井在生產過程中表現出產出液溫度高、含水變化快的特點，部分井套管還伴有大量蒸汽，為解決生產中出現的這些問題，提高舉系統效率，完善蒸汽驅舉升工藝技術。

一、陶瓷泵

陶瓷泵結構上屬于管式泵，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構設計上具有以下特點：

1、材質

陶瓷泵柱塞采用工業陶瓷新材料-氧化鋯作為基體材料，具有耐高溫，耐磨，耐腐蝕的特點；柱塞的工作表面呈玻璃態結構，無晶格邊界，具有很強的耐腐蝕性能，表面硬度為HRA87以上，室內試驗推算，壽命可達普通柱塞的10倍。除此之外，柱塞的熱穩定性好，熱膨脹系數低。

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，并且進行了防腐強化處理。

2、結構

固定閥設計為大流道結構，閥體為滴落式閥體結構，設計了導向裝置，關閉時導向對中性好，關閉迅速，密封可靠，使啟閉性能和密封性能均有較大提高。

游動閥采用了雙閥結構，柱塞上的雙游動閥，一組采用硬質合金閥，一組采用了陶瓷閥。采用硬質合金閥，是利用其材料比重大，下降速度快的特點來提高出油閥關閉速度；采用陶瓷閥，是利用其耐高溫、耐腐蝕和耐磨損的特點，提高泵的工作性能和工作壽命。另外，游動閥的閥罩采用了射流式結構，設計成流線型過渡，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，間隔安裝減震機構，外加輔助密封面的等徑柱塞結構，增強了抗震性能和密封性。

由于該泵采用了大流道的進油結構，而且所有進出油口都采用了射流式流道，減少了進油阻力，提高了泵的充滿系數，改善了抽油泵及整個系統的載荷條件。

目前，現場使用的陶瓷泵規格有φ70mm、φ57mm兩種，泵型有5m一種。

二、沉砂泵

沉砂泵結構上屬于管式泵，主要由內泵筒、外泵筒、儲砂筒、柱塞、連桿、擋砂環、助抽器七部分組成（見圖4-6），沉砂型抽油泵將井液視為不需“濾砂”的，該泵的設計結構具有以下特點：

（1）設計為雙泵筒結構，內泵筒與柱塞配合舉升液體。外泵筒是沉砂通道，與儲砂筒連接，使管內沉砂落入儲砂筒內。

（2）連桿上裝有擋砂環，抽油泵工作時，擋砂環落在內泵筒上，當沉砂下落時在擋砂環阻擋作用下，沉砂經內外泵筒間隙落入儲砂筒內。

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

（4）柱塞上下兩端有刮砂結構，可以防止砂粒進入活塞與泵筒間隙。

（5）旋流底閥內的快速關閉機構使柱塞到達上死點的瞬間快速關閉球閥，可達到提高泵效的目的；旋流底閥使入泵流體處于旋進狀態，入泵流體將對固定和游動凡爾系統進行沖洗，防止凡爾結垢。

另外，儲砂空間可根據井身參數和出砂情況自行設置。目前現場使用的沉砂泵主要有兩類：長效抗卡抽油泵和多功能抽油泵。

三、浮環泵

浮環泵結構上屬于管式泵，主要由泵筒、浮環總成、浮環架三部分組成（見圖4-7）。采用浮環式結構具有以下特點：

（1）浮環采用特殊非金屬密封材料，具有適當的塑性，同時具有良好的耐高溫、耐磨和耐腐蝕性能。當固體顆粒進入軟—硬摩擦間隙后可被非金屬材料包容，形成良性摩擦機理。同時軟密封采用浮環結構設計與非金屬材料性能相配合，以彈性非金屬元件補償金屬元件的彈性欠缺，密封環、泵筒的磨損量可在液力作用下自動補償，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硬滑動摩擦副，允許固體顆粒進入泵內任何空間，且密封結構采用液力自緊密封，可以實現理論上的零間隙密封。

（3）以相互完全獨立的多級浮環密封結構代替傳統的柱塞結構，浮環強開強閉，具有一定的防汽鎖性能。

目前，現場使用的浮環泵規格有φ70mm、φ57mm、φ44mm三種，泵型有3m、5m兩種。

四、結論

蒸汽驅舉升工藝是蒸汽驅開采技術的關鍵之一，決定了蒸汽驅開發的成敗，陶瓷泵，沉砂泵，浮環泵取得了長期有效的應用。

參考文獻

[1]張紅霞.（2012）.遼河油田蒸汽驅配套技術及下步攻關方向. 內蒙古石油化工（22）.

[2]孫福群，& 曲明藝.（2013）.蒸汽驅用金屬泵在錦45塊的應用. 中國化工貿易（7），326-326.

[3]梁興.（2009）.蒸汽驅抽油泵. 石油科技論壇， 28（5）.

作者簡介：

姜紅梅，出生于1969年7月，1987年4月參加工作，2005年畢業于沈陽師范大學，現從事井下工具檢測和中間試驗工作。