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)進行抽吸，達到降低油井壓力，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 三相異步電動機和1 臺減速器，在進出口端匹配相應(yīng)的控制流程，包括3個（進出口各1個，連通1個）2 in（1 in=25.4 mm）法蘭閘閥和進出口管線及連通流程。使用時，轉(zhuǎn)子油泵完整剛體長度達到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，需要用自吊卡車進行吊裝運輸就位。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)化機泵排量，提高機泵效率。采用螺桿泵代替旋轉(zhuǎn)活塞泵，減少汽蝕和機泵損壞率，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，實現(xiàn)排量無級差調(diào)節(jié)，提高機泵輸液效率[6]。

2）采用直管連接，增加連接強度。利用高壓活動彎頭與高壓伸縮管進行放噴井與接力泵、接力泵與回油管線的連接，增加連接強度，杜絕連接過程中與運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，降低勞動強度，同時縮短管線連接時間[7]。

3）裝置功能集成，實現(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，進出口管徑為DN50；同時，考慮到需要實現(xiàn)自主運輸，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，相應(yīng)的變頻器按照配用電動機的額定功率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。利用盤根壓蓋進行壓緊密封，同時達到鎖定內(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)計泵體的運輸?shù)妆P尺寸。考慮到接力泵在運輸、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，同時兼顧運輸?shù)妆P不宜過大便于運輸?shù)脑瓌t，將運輸?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 運輸腳輪的選擇

經(jīng)過市場調(diào)查，運輸腳輪有4～16 in 各種不同尺寸，考慮井場條件多為小沙石路面，腳輪高度不易過小；而在運輸過程中，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，打開機泵進出口閥門，關(guān)閉連通閥門，啟動機泵抽吸井內(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）伸縮管耐壓試驗達到5 MPa，穩(wěn)壓15 min以上，接頭及盤根處無滲漏。

2）新型接力泵運輸方便，單人即可實現(xiàn)平地運輸。

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，接口密封率達到100%。

5）機泵運轉(zhuǎn)噪聲小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各接電線路達標(biāo)，電動機轉(zhuǎn)速通過變頻旋鈕可實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益

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)濟效益約279.68 萬元。新、舊型接力泵各項費用對比見表1。

表1 新型接力泵與舊型接力泵各項費用對比 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度。應(yīng)用該接力泵可實現(xiàn)放噴工具、零部件“一站式”運輸，方便快捷。以往夜間需要電工進行拆卸接力泵供電線，經(jīng)過改進后，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械密封干磨損壞而引發(fā)的原油泄漏污染問題，提高機泵運行完好率。

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）通過運輸腳輪與螺旋千斤頂配合，實現(xiàn)放噴工具、零部件“一站式”運輸，同時利用小型電動機配合變頻調(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)余費用279.68萬元。

4）通過多項技術(shù)措施改進，解決了以往接力泵工作效率低下的系統(tǒng)問題，實現(xiàn)了油井放噴裝置體積小型化、運輸便捷化、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。