留北潛山大排量雙作用柱塞泵的應用

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（折標煤5 972×104t），熱水資源量為3.93×108m3，井口熱水溫度約116℃，地下地熱資源十分豐富。地熱資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熱熱源進行生產(chǎn)維溫、井下管桿清洗、原油處理等。雖然留北潛山油田地熱利用較早，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，認為該區(qū)域井網(wǎng)完善且相對集中、單井供液能力強、回注壓力低，2008年以來，陸續(xù)啟用潛山井采出地熱資源為生產(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)已建成一整套地熱資源采出、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 留北潛山油田地熱資源開發(fā)現(xiàn)狀

2008年，留北潛山油田開始地熱資源綜合利用先導性試驗，采用電動潛油離心泵替代管式泵進行大排量提液，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熱水進行生產(chǎn)維溫、熱水清洗油管。采出地熱水進行生產(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)保回收的難題，低溫地熱污水進入沉降罐，進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，按提供的熱負荷折算耗電，年節(jié)約用電48.25×104kWh。

2 技術研究與改進

采用電動潛油離心泵舉升工藝進行提液，雖然解決了大排量提液難題，單井日產(chǎn)液最高可達1 100 m3，但一直存在維護費用高、能耗大等問題難以解決[4]。這主要是因為由于地熱水溫度過高，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，潛油電泵維護費用居高不下。據(jù)統(tǒng)計，留北潛山油田單井年平均維護5.2次，年均維護費用高達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行提液存在的維護費用高、能耗大等問題，開展了雙作用抽油泵配套塔式抽油機大排量舉升工藝技術攻關。

2.1 雙作用抽油泵結構

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 雙作用抽油泵結構圖

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，上固定凡爾關閉，下游動凡爾關閉，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閉，下游動凡爾打開，上游動凡爾關閉，液體通過柱塞、進入油管。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，最顯著的特點是在一個往復沖程中，柱塞總成的上腔和下腔分別完成兩次進液和出液，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)場應用及效果評價

3.1 現(xiàn)場應用情況

2018年12月，首先在留52N井進行雙作用抽油泵配套塔式抽油機現(xiàn)場試驗，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，應用雙作用泵配套塔式抽油機后日均產(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行了規(guī)模化應用，截至2019年7月底，共應用了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87.7%，節(jié)能效果顯著（表1）。

表1 雙作用泵應用效果統(tǒng)計

3.2 效果評價

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

雙作用抽油泵配套塔式抽油機與潛油電泵相比，節(jié)電效果十分顯著，分析原因主要有塔架式抽油機的動力組合裝置通過皮帶帶動抽油桿上下往復運行，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]。開關磁阻電動機通過對電動機正反轉控制實現(xiàn)配重箱與抽油桿的上下往復運動，效率高，節(jié)能效果好，比抽油機電動機效率提高3%～10%。通過雙作用抽油泵配套塔式抽油機，不僅實現(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 潛油電泵年運行費用統(tǒng)計

4 結論

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

2）雙作用泵通過配套塔式抽油機、開關磁阻電動機等節(jié)能設備，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體系。通過現(xiàn)場應用獲得了顯著的節(jié)能、節(jié)支效益，應用前景廣闊，為地熱資源的效益開發(fā)提供了強力技術支撐[12]。