抽油機井自動卸油泵的研制與應用

蒙珍金 齊玉梅 宮艷紅 馮鴨宏 杜慶華

（中國石油大港油田公司第三采油廠）

泄油器作為抽油機井檢泵作業必不可少的一種輔助工具，在油井作業時，能夠防止油管內的原油、污水等液體被帶到地面污染環境，同時減少冒噴對于施工進度的影響。通常，在下生產管柱時會將泄油器提前安裝在抽油泵下面或者泵上面的油管上，以便下次作業時可使油管內的油水等混合液體能夠泄油至油套環形空間。

油井躺井作業過程中，如果泄油失敗，需要使用在線清洗車、收水裝置、泵桿防噴器等環保清潔設備配合作業，增加環保清潔成本和能耗，所以研制一種躺井后自動泄油的裝置顯得尤為重要。

1 存在的問題

目前抽油機井現場常用的泄油技術為：可砸式泄油器安裝在抽油泵的泵筒與固定凡爾之間，正常生產時，井液通過泄油器內部進入油管，泄油器銷釘上的盤根起密封作用，保證不滲漏，油井躺井后，提出抽油桿柱，用泵桿短節或射孔棒投至油管內，利用其重力和速度砸擊泄油器的銷釘，銷釘被砸斷，實現油套連通。

這種泄油方式存在以下幾個問題：

1）抽油機井桿斷后，由于斷桿占據油管內空間，無法使用泄油工具砸擊泄油器泄油。2020 年采油廠抽油機維護上修740 井次（含撈桿），其中桿斷438 井次，占59.2%，其他原因302 井次，占40.8%。發生桿斷438 井次通過簡化作業成功撈桿236 井次，其余202 井次進行動力上修，即202 井次因桿斷無法砸開泄油器，需配套環保裝置作業（在線清洗車或收水裝置），占桿斷井的41.3%。

2）因為地層漏失無法建立循環洗井，油管內油多而無法砸開泄油器。2020 年使用在線清洗車配合作業118 井次，其中洗井地層漏失63 井次（桿斷32 井次、其他31 井次）、洗井泵壓高洗不通41 井次（桿斷11 井次、泵或者桿卡8 井次，其他22 井次），兩項共計104 井次，占88.1%。這兩項中不計桿斷/桿泵卡，主要原因為地層漏失無法建立循環洗井油管油多無法砸開泄油器53 井次。

3）原油物性差的稠油井，由于管內死油阻力大無法砸開泄油器。泄油失敗后，一般采用的措施是在線清洗和收水裝置配合作業，造成水資源和原油資源的浪費。2020 年，溫度為80 ℃時，原油黏度5 000 mPa·s 以上的上修井24 口，因原油黏度大，油管內死油阻力大造成泄油器均無法砸開。

勝利油田張丁涌等[1]設計了井下驅動舉升工藝的自動泄壓裝置，除了在關機停產后防止電動機反轉之外，還可以及時將油管內積存的多余能量安全釋放；李建雄等[2]研制了可關閉旋轉式泄油器，除能在不起抽油桿柱情況下實現泄油外，還可實現泄油器反復開關使用，避免帶液體起管柱傷害環境。進行了室內實驗并在泵深為3 000 m 以上的油井中進行現場試驗,成功率100%。遼河油田龐全書[3]研制了一種新型泄油器，具有錨定和泄油雙重功能，現場使用效果較好。長慶油田范明理等[4]研制的泄油器，在常規泄壓器無法打開情況下開啟泄油，減少費用投入，降低安全隱患，縮短作業時間。勝利油田王慧莉等[5]研制了安裝在抽油泵上的不同結構和不同打開方式的泄油器，大幅度的提高了泄油成功率；大慶油田何武[6]提出了利用液流在扇形噴嘴處形成噴射面，對油管內壁進行沖洗，達到起出油管內壁清潔、無需地面清洗的目的；冀東油田張進等[7]對常規泄油器無法正常工作的原因進行了細致分析，并對油管式泄油器的技術特點進行了總結，為選擇合適的泄油裝置提供了依據。吐哈油田許軍[8]、大港油田韓秀山[9]對常規泄油器常見故障提出了改進措施，并提出了多種刮油技術，為從事油井作業的人員提供一定的參考與借鑒；吉林油田孫愛軍[10]設計研制了多種清洗工具，實現了油水不落地的環保施工。但針對利用抽油泵自動泄油的理念和方法均未涉及。

2 地面輔助清潔裝置

1）刮油器和地面泄油器配合。中國石油吉林油田在用的地面輔助清潔裝置包括：油桿刮油器、油管刮油器和地面泄油器[11]，解決了作業現場施工中容易造成環境污染的兩個主要工序（起油桿、起油管）過程中原油泄油造成的問題。

油桿刮油器固定在井口法蘭上，起桿時，油桿通過刮油器，刮油器中的膠皮閘板將油桿上的油污刮落到油管內。油管刮油器需在施工前，將密封膠筒坐入井口套管內，靠膠筒的彈性，將油管外壁的油污刮落到套管內。地面泄油器在提管時主要是將上提油管內的原油通過地面泄油器回流到套管內。此種方法操作步驟繁瑣，冬季易造成油管內的油污凝固堵塞。

2）在線清洗車和收水裝置的配合。油井泄油失敗后，儲存在油管內的井液，在上提油管時，被帶至地面，污染井口和井場環境，為了保證油水不落地的環保施工，采用在線清洗和收水裝置配合作業。

在線清洗的管線直徑是小于油管直徑的，使用時，在線清洗管線的一端連接水罐車，另一端下入油井的油管內部，加熱后的水打壓通過在線清洗管線進入油管內部，融化油管內的死油，融化的井液經油管和在線清洗管線的環形空間返出，經生產閥門流出，生產閥門外接收水裝置，井液隨之進入收水裝置內，油管上部的井液反替干凈以后，下移在線清洗管線，用同樣的方法融化并反替油管內的井液，直至油管內的井液被置換成清水，關閉生產閥門，提出在線清洗管線，完成在線清洗操作。在線清洗車和收水裝置配合的環保清潔裝置與井筒內的泄油器泄油相比較，成本高，僅2020 年在線清洗車、收水裝置等配合作業，共發生清潔費用488.1 萬元，并延長了占井周期，單井平均增加占井周期1.6 d，嚴重影響作業井生產時率，降低了油井的生產效率和產量。

3 結構和工作原理

隨著油井在修井作業中對環境保護的要求越來越嚴格，泄油器成為必備的井下設備，雖然現場用的泄油器種類很多，但是泄油器偶爾也會發生漏失現象，導致油井產量下降，動液面上升，增加修井頻次。因此，提高作業井泄油成功率的同時，預防泄油器漏失同樣重要。抽油機井自動泄油泵在原有的抽油泵的基礎上進行改進，使泄油和抽油功能合二為一，減少了下井工具數量（不用單獨使用泄油器），提高了泄油成功率。

3.1 自動泄油泵結構

抽油機井自動泄油泵包括泵筒、活塞、游動凡爾、固定凡爾、泄油孔組成，抽油機井自動泄油泵原理見圖1，在普通抽油機井管式泵的基礎上增加了泄油孔，泄油孔位于泵筒的中上部，柱塞采用長柱塞，保證正常生產時，調整防沖距長柱塞堵住泄油孔。

圖1 抽油機井自動泄油泵原理Fig.1 Schematic diagram of automatic oil drainage pump of pumping well

3.2 工作原理

抽油機井自動泄油泵，在原有管式泵的泵筒上部打4 個泄油孔，作業時，泵筒隨油管下入井內，活塞隨泵桿下入泵筒內，完井后，調整合適的防沖距。油井開井后，抽油桿帶動活塞在泵筒內做上下往復運動，活塞貼合在泵筒上，堵住泄油孔，保證油井正常生產。油井躺井后，調整防沖距，將活塞下放至泵筒底部或上提出工作筒，活塞不再與泵筒貼合，露出泵筒上部的泄油孔，油管內的井液通過泄油孔與油套環形空間連通，完成泄油。這樣既能減少在線清洗造成的資源浪費，又能防止起下井下工具時，原油被帶出井口造成污染和能源的損失，同時減少了在線清洗的占井時間，縮短占井周期。

在原有的抽油泵上增加泄油孔，無需重新設計制作，工藝簡單，成本低廉。泄油時，只需改變活塞在泵筒中的位置即可，泄油時間短，成功率高，作業占井時間短。操作方法簡便易學，可適用于所有抽油機井躺井后泄油，特別是無法用常規方法泄油的桿斷井。抽油機井自動泄油泵采用長柱塞結構，減少砂卡泵的概率。

4 效果分析

4.1 經濟效果對比

目前該成果在現場應用效果良好，2021 年使用10 井次，油井平均占井周期由5.4 d 降低到3.9 d，占井周期平均縮短1.5 d，提高了油井生產時率，提高油井產量（噸油成本860 元），10 口井共計減少環保清潔設備成本支出15 萬元，同時降低了操作員工的勞動強度。抽油機井自動泄油泵使用效果分析見表1。

表1 抽油機井自動泄油泵使用效果分析Tab.1 Effect analysis of automatic oil drainage pump of pumping well

經計算投入成本：自動泄油抽油泵制作費用4.7 萬元；減少環保清潔設備使用10 井次，創效15 萬元；減少作業占產產量損失創效4.56 萬元；總效益14.86 萬元。

4.2 節能效果對比

現場應用10 口井，在節能方面取得了較好的效果，在節省在線清洗用水能耗的同時，又能減少在線清洗和收水裝置設備運行的耗能。清潔環保設備耗能效果分析見表2。共節約用水267 m3，降低能耗3 494.7 kgce，達到節能降耗目標。

表2 清潔環保設備耗能效果分析Tab.2 Analysis of energy consumption effect of clean and environmental protection equipment

4.3 社會效益

1）抽油機井自動泄油泵有效的提高了泄油成功率，降低員工的勞動強度，是采油行業的一個創新。

2）自動泄油抽油泵的使用，避免了修井過程中，由于泄油失敗造成的環境污染。

3）自動泄油抽油泵的研制與使用，減少了在線清洗、收水裝置等清潔設備使用次數，提高修井時率，實現管柱內井液泄壓至井筒內，減少產量損失。

5 結束語

1）抽油機井自動泄油泵，泄油孔設計在抽油泵上，充分利用抽油泵自身資源，減少井筒內下井工具的數量，既降低工具在井下損壞的風險，又減少了泄油器的投入成本。

2）抽油機井自動泄油泵的研制與使用，縮短了泄油時間，提高了泄油成功率，油井平均占井周期縮短1.5 d，提高了油井生產時率，提高了油井產量，減少產量損失創效4.56 萬元。

3）實現了自動泄油，減少了在線清洗等環保裝置的使用次數，節約用水267 m3，降低能耗3 494.7 kgce，達到節能降耗目標，累計創效14.86 萬元，在抽油機采油中實用性廣泛，具有良好的推廣前景。