長壽命深井舉升及配套技術研究

張 詞

(中國石化石油工程技術研究院 信息與標準化研究所，北京 100101)

隨著油田開發進入中后期，高含水低液面油井持續增加，深層低滲油藏成為油田穩產的重要陣地。目前在深井舉升中主要采用φ44、38 mm等常規小直徑泵生產，隨泵掛加深，井筒壓力升高，柱塞、泵筒上下壓差加大，導致抽油泵漏失量增加，泵效降低，影響油井正常生產[1-2]。另外，抽油泵長期工作在高礦化度井液中，結垢腐蝕是其損壞的一個重要原因，嚴重時還會出現抽油桿拉斷的情況，甚至報廢。筆者開展長壽命深井舉升及配套技術研究，通過長壽命深井抽油泵研制、配套技術，實現深層低滲油藏長壽命高效率舉升。

1 長壽命深井抽油泵的研制

1.1 技術方案

針對目前深井舉升中抽油泵漏失大、結垢腐蝕等問題[3]，利用長密封副原理，采用半長柱塞配套半長泵筒結構，配套防垢刮環結構，形成一套適用于深井的長效舉升工藝，結構簡單，應用可靠，達到提高泵效、延長檢泵周期的目的。具體設計思路如下：

(1)采用半長柱塞配套半長泵筒結構，使每個沖程都能越過密封副進行刮擦，密封副加長，顯著減少漏失量(圖1)；

(2)考慮到泵筒和柱塞都要避免積垢，在泵筒和柱塞的兩端均加合金刮環；

(3)考慮到高礦化度對油井腐蝕影響，閥球、閥座采用硬質合金材質。

圖1 抽油泵行程演示

1.2 結構組成

長壽命深井抽油泵主要由上接頭、出液接頭、柱塞防砂刮環、泵筒、柱塞、游動閥球、泵筒防砂刮環、加長管、固定閥球等組成(圖2)。

圖2 長壽命深井抽油泵結構

1.3 技術原理及特點

(1)采用半長柱塞配合半長泵筒，密封副加長，可以顯著減少漏失量。

(2)抽油泵在生產過程中每個沖程都能越過密封副進行刮擦，可以避免泵筒柱塞積垢。

(3)抽油泵的柱塞、泵筒兩端均加刮垢合金環，可起到有效刮垢作用。

(4)設計閥座密封面為圓弧面，將密封線變為密封帶，提高密封效果，并采用硬質合金閥球閥座，減少腐蝕問題。

2 深井舉升配套工藝

針對深井舉升易脫氣、管桿偏磨、桿柱扭轉疲勞等工況，配套形成高效油氣分離、桿管扶正、可倒扣旋轉等技術，提高現場應用可靠性。

2.1 有桿泵高效油氣分離器技術

由于深井原油易脫氣，影響抽油泵泵效，利用油氣密度差，通過滑脫和離心作用將油氣分開，研究形成高效油氣分離技術。

高效油氣分離器(圖3)主要由沉降分離總成、螺旋分離總成、放氣閥等組成。其工作原理為：氣泡在套管內隨液流上升，由于油氣密度差，使氣體產生滑脫，同時部分溶解氣隨壓力降低析出；氣泡在進液孔附近進行二次分離，當氣泡到進液孔附近時，液流要流向進液孔，流動方向發生改變，氣泡上升速度及方向也將改變；液流進入沉降分離總成環形空間，利用油氣密度差將井液中大氣泡分離出來，有一部分小氣泡滯留在環形空間；初步脫氣后的流體向上進入螺旋分離總成，含氣油流在螺旋分離總成環形空間內旋轉流動，由于不同密度的流體離心力不同，使聚集的大氣泡沿螺旋內側流動，帶有未被分離的小氣泡的液體則沿外側流動。被聚集的大氣泡不斷聚集，沿內側上升至螺旋外管與工作外管環形空間頂部聚集成氣帽，經放氣閥排出到油套環形空間，其余液體則下行通過螺旋分離總成的中心通道進入泵內。

圖3 油氣分離器

其主要技術參數如表1所示。

表1 油氣分離器技術參數

2.2 內流式扶正技術

針對深井桿柱下行屈曲導致的管桿偏磨問題[4]，研制內流式防偏磨扶正器(圖4)，主要由芯軸和外套組成，芯軸作為承載體與抽油桿相連，外套作為支撐體起到扶正作用。

內流式防偏磨扶正器的技術特點有：(1)采用承載與支撐分體設計，提高可靠性;(2)外套采用防腐的軟金屬材料，具有防腐耐磨的特點,同時該材質硬度低(HB200)，可以保護油管降低磨損;(3)外套繞芯軸自由旋轉，均勻磨損，使用壽命長。

2.3 油管防蠕動扶正技術

深井條件下，抽油井生產管柱蠕動交變載荷加劇，同時受深部井眼軌跡影響，生產管柱容易與套管產生偏磨，致使套管損壞和生產管柱發生斷、漏事故，縮短油井生產周期，影響油井的正常生產[5]。

目前解決上述問題的辦法是安裝金屬油管扶正器，安裝該產品雖然能夠防止油管與套管的直接摩擦，但并不能減輕油管扶正器上的金屬扶正塊對套管的損傷。為此，通過優選抗磨材料，設計油管防蠕動扶正裝置，實現油套管扶正減磨。

圖4 內流式扶正器

油管防蠕動扶正裝置主要由本體、旋轉扶正體、上下接頭組成(圖5)，用于油水井直井或斜井內油管的扶正，防止抽油工作過程中油管蠕動對油管和套管壁造成的磨損。

圖5 油管扶正器結構

扶正塊采用超強尼龍材料制成，通過注塑熱固工藝固定在油管短節上，使扶正塊不易脫落變形，并且耐高溫、耐磨；扶正器采用弧線型的溝槽設計(圖6)，使接觸面增大，液流更加暢通；扶正油管的同時，通過磨損超強尼龍材料制成的扶正塊達到保護套管的作用。

圖6 旋轉扶正體

油管防蠕動扶正器技術參數如表2所示。

表2 油管防蠕動扶正器規格參數

3 現場試驗

為全面驗證長壽命深井抽油泵的整體性能，在完成室內試驗的基礎上，在東勝公司高青管理區樊162-斜9井、樊162-斜11井等開展5井次現場試驗，平均單井泵效提高6.4%，最長生產周期已達292 d持續有效。

以樊162-斜9井為例，該井為小套管油井，高礦化度影響下腐蝕結垢現象明顯，根據油井生產情況設計配套碳纖維連續抽油桿下入長壽命深井抽油泵，井下管柱結構如圖7所示。

圖7 樊162-斜9井下管柱結構

該井作業前生產參數為5 m×2.2 min-1，產液量4.5 m3/d，泵效19.1%；作業后生產參數為5 m×2.2 min-1，產液量9 m3/d，泵效達37.4%，目前該井運行情況良好。

4 結 論

(1)通過開展長壽命深井抽油泵及桿管扶正、油氣分離等配套技術研究，形成一套適用于深井的長效舉升工藝，解決深井抽油泵漏失量大、結垢腐蝕、桿管偏磨問題。

(2)現場試驗5井次，平均單井泵效提高6.4%，最長生產周期達292 d持續有效。