0 引 言

随着油田开发的不断深入，采油难度也在不断加大，深层系、含气区块的开发成为稳产、上产的主要渠道。河南油田非常规油气藏属于这一类型，油井主要集中在安棚中、深层系，这种高油气比深抽井约50口。该区块的开采具有2大难点：其一是储层埋藏深、地层供液能力差，油井通常在生产2个月左右时动液面就急剧下降至2 000 m左右，因此要求下泵深度大。从统计情况来看，平均下泵深度约2 000 m，最大下泵深度达到2 500 m；深抽举升时在液柱压力的作用下，抽油泵的漏失量将增加。下冲程时液柱压力作用在固定阀球及阀座上并传递到泵筒，造成泵筒被拉伸而产生额外的冲程损失。其二是区块油气比高，平均油气比约200 m³/t，在举升过程中油气混合体进入泵腔，由于气体的可压缩性，抽汲过程中泵腔压力变化小，受气体影响，抽油泵的阀球无法及时回位，造成泵腔充不满，充满程度降低，严重时发生气锁而不出液^[1]。上述2大因素严重影响抽油泵泵效，安棚中、深层系油井平均泵效只有32%。目前，现场采用的气液混抽泵靠牺牲一部分冲程来实现防气，因此防气效果虽好，但在深抽井中泵效较低，不满足油田生产需要。为了解决这一问题，笔者研究设计了一种能够在高油气比、深抽井中实现高效举升的深抽防气杆式抽油泵。

1 技术分析 1.1 结构

深抽防气杆式抽油泵结构如图 1所示^[2-3]。

该抽油泵由柱塞总成、泵筒总成、密封支撑总成及抽油泵工作筒4部分组成。

柱塞总成：上、下拉杆之间利用拉杆接箍相连，采用螺纹连接，上拉杆上端与阀杆异径接头螺纹相连。出油阀罩位于柱塞上端并与柱塞通过螺纹连接，游动阀座与柱塞下端通过螺纹连接并套装在拉杆外部。游动阀球套装在下拉杆下端，通过拉杆上的台阶进行限位。锁紧螺帽与下拉杆下端通过螺纹连接并锁紧游动阀球。

泵筒总成：自上而下分别为阀杆导向套、泵筒上接头、游动阀外筒及固定阀罩，均采用螺纹连接。

密封支撑总成：支撑皮碗芯轴与泵筒总成下端通过螺纹相连，3个皮碗与2个皮碗座圈交错放置，与下端的支撑皮碗压帽一起套装在支撑皮碗芯轴上，通过芯轴上的台阶实现限位，支撑皮碗压帽对皮碗总成起肩部保护及压紧作用。变扣压帽上接支撑皮碗芯轴，将支撑皮碗压帽顶紧，下接锁紧锚。锁紧座圈套装在锁紧锚外部，通过锁紧锚台阶顶紧在变扣压帽的端面上。

抽油泵工作筒：皮碗支撑接头与底部锁紧支撑接头通过螺纹相连，上、下两端均为外螺纹，与油管相连。

柱塞总成的阀杆异径接头以下部分安装在泵筒总成之内，可自由移动1个冲程。由柱塞总成、泵筒总成和密封支撑总成组成的抽油泵总成安装在抽油泵工作筒内，通过锁紧锚、锁紧座圈与底部锁紧支撑接头上的2个台阶进行锚定和限位。皮碗与皮碗支撑接头的软密封、锁紧座圈与底部锁紧支撑接头的硬密封实现双密封。

1.2 工作原理

深抽防气工艺管柱结构图如图 2所示^[4]。下井时，泵筒及柱塞组件随抽油杆下入，到设计的下死点时，通过皮碗支撑接头限制底部锁紧支撑总成继续下行；底部锁紧支撑总成的弹簧爪经过皮碗支撑接头内部收缩面时，弹性锁爪部分外径收缩，越过凸台至其下端时回弹尺寸发生恢复锁紧抽油泵，并用其上外圆锥面向下紧靠在密封座的上内圆锥面上，在正常抽油时防止泵被提上去，完成坐卡。底部的皮碗密封总成则被下入皮碗支撑接头中；利用皮碗和皮碗支撑接头的过盈配合实现对抽油泵底部的密封，防止抽汲时原油流回油管。

检泵时，阀杆总成与柱塞总成被抽油杆向上提起，带动泵总成上行，当外加载荷克服弹性机械锁爪与密封座之间的弹力及摩擦力时，机械锁爪的弹性锁爪收缩，机械锁紧机构的锚定被解除，实现解卡并可将泵整体起出。

上冲程时，阀杆异径接头通过上拉杆与下拉杆带动游动阀球上移。当游动阀球上行至与游动阀座接触密封、游动阀总成被强制关闭时，柱塞连同游动阀总成一起上移，泵腔体积增大，压力降低；当泵腔内压力低于泵吸入口压力时，固定阀总成被打开，液体由地层流入泵筒，油管内的液体则被举升到地面，直至上冲程结束。

下冲程时，阀杆异径接头通过上拉杆与下拉杆带动游动阀球下移，游动阀球与游动阀座开启。此时泵腔与油管腔连通，泵腔压力增大，当泵腔压力高于泵吸入口压力时，固定阀总成被关闭。当锁紧螺帽与出油阀罩接触后，游动阀球与游动阀座处于最大开启状态，锁紧螺帽带动柱塞一起下移，泵腔内液体通过抽油泵游动阀总成流至泵上部油管之中，直至下冲程结束。

1.3 工艺过程

(1) 按作业指导书的设计要求，下入该井要求长度的尾管、筛管和丝堵等。

(2) 具有内、外螺纹的锁紧支撑接头端朝下，内孔为通孔的皮碗支撑接头端朝上。

(3) 根据泵挂深度下入相应数量的油管，坐封井口。

(4) 将抽油泵提起，使泵随抽油杆下到泵挂深度，接近密封支撑装置时要放慢下行速度，当抽油杆不再下行时，在杆上做标记，这时抽油杆与泵总长之和应接近设计深度。

(5) 换光杆，将抽油杆上提一定高度(不大于泵设计冲程)，使其下落，在杆上做标记(每坐封1次都要在抽油杆上做标记)；再次上提抽油杆柱，使其下落，继续坐封，直到杆上的标记不下降为止，初步判断杆式泵上锁紧装置已坐封于支承接头内。

(6) 连接好防喷盒，修井机强抽，用塑料袋套在井口出油管道上，查看井口呼吸情况，如果塑料袋逐渐膨胀，

说明呼吸正常，这样可以判定泵已正常工作；若井口呼吸异常，说明泵没有坐封到位，需再按照以上操作重新坐封，直至呼吸正常。

(7) 调整防距，挂抽。

(8) 按作业指导书要求起抽憋压，检查泵效。

1.4 结构特点

(1) 该泵为杆式泵，底部固定密封，泵筒下端固定，上端自由，适合深抽井^[5]。

(2) 阀球具有强启闭功能，泵工作时不受气体影响，可实现防气。

1.5 主要技术参数

泵径38、44 mm，最大冲程4.8m，间隙等级Ⅰ级，下泵深度≤2 500 m，井斜角≤45°，油气比≤500 m³/t。

2 关键技术问题解决方案

深抽防气杆式抽油泵在高油气比、深抽井中如何实现阀球的及时启闭和改善泵筒受力是该技术的关键^[6-7]。

解决方案如下：

(1) 相比于管式泵，该泵具有检泵时不需要起下油管的优点，可大幅度降低作业工作量及成本，缩短占产时间。

(2) 泵的游动阀设计为机械式强启闭结构，固定阀球为高密度球，工作过程中阀球能够及时开启和关闭，不受气体影响，同时适用于水平井及大斜度井^[8]。

(3) 底部固定密封杆式泵，使泵筒内外处于同一压力系统，泵筒不受内压及外挤，有效降低泵筒与柱塞间隙，因此适合在深井中使用^[9]。

(4) 由于泵筒下端固定、上端自由，使得下冲程时固定阀球阀座上承受的液柱载荷不会传递给泵筒，可有效防止泵抽汲过程中泵筒被拉长，大大降低冲程损失，充分提高抽油泵泵效^[10]。

3 现场试验情况

截至2014年7月，共开展机抽现场试验3口井，工艺成功率100%。其中赵安4020井下泵深度928 m，下程1井和赵安2055井抽油泵下深为2 500 m左右。下程1井油气比高达331 m³/t，具体情况见表 1及表 2。截至2014年7月7日，3口井累计产液1328.8t，累计产油207.2 t。3口试验井的生产情况如表 3所示。

由表 3可以看出，下程1井检泵后日产液及日产油均得到提升，其中日产油增加幅度达到16%，泵效得到提升，截至目前已连续生产165 d并继续有效。赵安2055井泵效与检泵前相当。赵安4020井产量得到提升，泵效提高21.12%。

下程1井和赵安2055井在下泵深度2 500 m的情况下举升，泵效得到不同程度的提高，生产稳定。

从目前试验的3口井的情况来看，举升工艺管柱深抽及防气效果好，形成了适应油气比大于300 m³/t的举升工艺，能够满足现场举升需要。

4 结论及建议

(1) 深抽防气杆式抽油泵游动阀球设计为强启闭结构，固定阀球设计为高密度重球结构，能够克服井下混合液中的气体对抽油泵工作的影响。

(2) 底部固定、密封的杆式抽油泵，其软、硬双密封的密封效果好。

(3) 深抽防气抽油泵与井下油气分离器配合使用，可收到较好的防气效果。现场试验结果表明，该工艺能够满足油气比大于300 m³/t的井的有效举升。

(4) 在抽汲过程中，深抽防气泵所设计的桥式通道实现了泵筒内外压力平衡，可有效降低深抽时柱塞与泵筒的间隙漏失量。

(5) 泵筒底部固定顶部自由，可避免下冲程时液柱载荷对泵筒的拉伸。

(6) 建议下步扩大现场应用，继续验证深抽防气泵的可靠性及稳定性，根据现场应用中存在的问题，对其结构做进一步改进。