2. 长庆油田分公司机械制造总厂
2. Machinery Manufacturing Plant, Changqing Oilfield Company
0 引 言
油井含气是油田机械采油面临的主要问题之一,井液中气体的作用可降低抽油泵泵效,严重时还会引起阀球和阀座无法打开而导致抽油泵无法正常工作。目前针对油井含气,油田在机械采油中也采用了不同结构的防气抽油泵,如强制启闭阀防气抽油泵[1-3]和中空防气抽油泵[4]等。应用效果表明,中空防气抽油泵存在气体交换不充分,防气效果不理想的问题;强制启闭防气抽油泵虽防气效果良好,但是强制启闭阀工作寿命短,存在抽油泵使用寿命短,生产成本高的问题。
为此,笔者研制了一种能充分实现气体置换的上交换式防气抽油泵。该泵可适用于不同气油比油井原油的开采,具有防气效果佳、结构合理、可靠性高以及使用寿命长等优点。
1 技术分析 1.1 结构上交换式防气抽油泵主要由泵筒总成、柱塞总成和进油阀总成3部分组成,其中泵筒总成由上接头、外管、工作泵筒和下接头组成。柱塞总成由开式阀罩、柱塞、闭式阀罩、游动阀球、游动阀座和闭式阀罩接头组成;进油阀总成由进油阀罩、进油阀球、进油阀座和进油阀罩接头组成。其基本结构如图 1所示。
1.2 工作原理
上交换式防气抽油泵工作原理如图 2所示。
上冲程时,柱塞总成上行(见图 2a),进油阀开启,柱塞总成下部的游动阀关闭,油井内原油经进油阀进入到下泵腔内,同时,柱塞总成上部的原油被举升至地面。
当柱塞总成的下端行至工作泵筒上端开设的换气槽位置及以上位置时(见图 2b),下泵腔与油管连通,进油阀被关闭,油管内液柱在重力的作用下沉降至下泵腔,同时将下泵腔内由井底吸入或油液中析出的气体挤压至油管内,此时,下泵腔被井液完全充满,进而排除了气体对柱塞总成下行程的影响。
下冲程时,柱塞总成下行(见图 2c),当柱塞总成的下端下行至工作泵筒换气槽位置及以下时(见图 2d),下泵腔形成封闭空间,此时,柱塞总成下部的游动阀打开,下泵腔内的原油经柱塞中心孔和上部游动阀被挤压至上泵腔内,完成了井液由下泵腔向上泵腔的置换,这样抽油泵便完成一个抽汲过程。
1.3 主要技术参数上交换式防气抽油泵的主要技术参数如表 1所示。
标称泵径/ mm | 柱塞长度/ m | 泵常数/ (m3·d-1) | 最大外径/ mm | 冲程/ m |
28.00 | 1.2 | 0.886 | 90 | 0~6 |
31.75 | 1.2 | 1.414 | 90 | 0~6 |
38.10 | 1.2 | 1.642 | 90 | 0~6 |
44.45 | 1.2 | 2.235 | 90 | 0~6 |
2 结构特点及创新性 2.1 结构特点
(1) 上交换式防气抽油泵工作泵筒仅下端固定,上部开设有数道换气槽,为下泵腔与油管间的气体交换开辟了通道。采用了工作泵筒下端固定,上端悬空,同时在工作泵筒上端开设数道换气槽的技术方案。当柱塞总成下端抵达最下端换气槽位置以上时,下泵腔与油管相互连通,油管内液柱在重力作用下沉降至下泵腔,同时将下泵腔内由井底吸入或油液中析出的气体挤压至油管内,下泵腔被井液完全充满,排除气体对柱塞总成下行程的影响。同时,换气槽又保证了工作泵筒的完整性,上冲程过程,通过合理调整防冲距,可实现柱塞总成下端抵达换气槽以上位置,同时还可确保柱塞不串出泵筒,避免引起柱塞总成失稳。
(2) 上交换式防气抽油泵采用了工作泵筒外加套外管的结构,提高了工作泵筒刚性,保护了工作泵筒,满足深井和加载尾挂油井的使用要求。为了解决小泵径抽油泵泵筒强度和刚性差,工作泵筒易发生弯曲的问题,上交换式防气抽油泵在设计时,采用工作泵筒外加套外管的泵筒结构。
(3) 上交换式防气抽油泵采用了双游动阀下置结构[5],解决了柱塞上游动阀罩易断的问题,也减少气体对游动阀的影响。为了解决常规柱塞总成上下游动阀之间气体聚集的问题,将柱塞总成双游动阀进行了串联下置,柱塞总成上端阀罩内不再设置游动阀,同时也解决了常规抽油泵上罩易断的问题,延长了抽油泵的使用寿命。
2.2 技术创新性(1) 针对油井含气的特点,提出了上交换防气抽油泵的设计方法,采用了在泵筒上端实施气体交换的技术方案,较好地解决了抽油泵工作过程气体交换的问题。
(2) 采用工作泵筒外加套外管和下游动阀串联等技术方案,进一步提升了上交换式防气抽油泵的防气效果和适应性,满足现场使用要求。
3 现场试验情况上交换式防气抽油泵于2015年7月研制成功并试制了20台,在长庆油田采油三厂红井子作业区和油房庄作业区进行了现场试验。试验中,2口井的气油比分别为100和70 m3/t,平均泵挂为1 600 m,泵径为31.75 mm,平均冲程为3 m。试验结果表明,下泵一次性成功率100%,与普通抽油泵相比,该泵泵效平均提高了7.3%。
4 结 论(1) 上交换式防气抽油泵采用上部换气槽结构,结构设计合理,可靠性高,能够实现气体的充分交换,减少气体对抽油泵正常使用的影响。
(2) 采用工作筒外加套外管结构,保护了工作筒,提高了泵强度,也拓展了泵的适用范围。
(3) 采用双游动阀下置结构,解决了常规上游动阀罩易断的问题,减少了气体在上、下游动阀之间的聚集,消除了对游动阀开闭的影响。
[1] | 卢时林, 梁守才, 王志明, 等. 强启闭柱塞抽油泵的研制及应用[J]. 石油机械, 2004, 32 (11) : 30–31 . |
[2] | 户贵华, 姚爱国, 张晓梅, 等. 防气泵在高油气比井中的影响[J]. 石油矿场机械, 2002, 31 (5) : 66–67 . |
[3] | 沈迪成, 艾万诚, 盛曾顺, 等. 抽油泵[M]. 北京: 石油工业出版社, 1994 : 115 -116. |
[4] | 国建军, 赵玉华. 特种抽油泵及常用井下工具手册[M]. 北京: 石油工业出版社, 2002 : 11 |
[5] | 张延水, 宋念友. 抽油泵游动阀改进设计[J]. 石油矿场机械, 2009, 38 (10) : 57–59 . |