新型稠油泵的研制与应用

2023-02-26

机械采油的有杆抽油泵一般由泵筒、柱塞、固定凡尔以及游动凡尔等部件组成, 普通抽油泵大都采用固定凡尔在下, 游动凡尔在上的结构, 柱塞上冲程时, 游动凡尔关闭, 泵腔室的空间增大形成负压, 固定凡尔打开进液。柱塞下冲程时, 泵腔室的液体压力增大, 固定凡尔关闭, 游动凡尔打开实现排液。虽说抽油泵已经应用了近百年, 各各个方面都取得了比较完善的配套技术, 但遇到斜井或稠油井等特殊环境条件下也有其需要改进的地方。

下冲程时打开游动凡尔的动力是靠泵腔室的压力大于油管液柱压力来实现的, 泵腔室的压力升高是抽油杆下行压缩柱塞的结果。如果遇到斜井, 抽油杆的自重作用在柱塞上的压力不够, 泵腔室的压力难以克服液柱压力打开游动凡尔, 抽油泵就不能正常工作。同理, 在偏磨严重的井, 由于抽油杆与油管的接触会产生很大的摩擦力, 减小了其对柱塞的压力, 也同样难以正常打开游动凡尔排液。

在稠油井, 由于抽油杆在稠油中作上下往复运动的阻力较大, 致使抽油杆作用在柱塞上面的压力不足, 这会带来两方面的影响:一是引起柱塞下行较慢影响单位时间内的产液量;二是如果稠油粘度较大, 还有可能使柱塞不能下行的情况发生。

目前解决以上问题的方法主要是采用液力补偿的方法, 利用液柱压力给柱塞一个下行的力。大多数稠油泵采用两级柱塞, 利用其柱塞的横截面积差造成一个向下的力辅助柱塞下行, 但柱塞直径受到井下泵设计空间的限制, 产生的辅助下行力不能足以满足稠油开采的需要。还有一种抽稠油泵, 利用实心小柱塞, 在下冲程时泵上液柱对小实心柱塞产生一个向下的力, 同样由于受到设计空间的限制使下行力不够。

结构和工作原理

一、结构

新型稠油泵结构示意图如图1所示, 主要有上接头、拉杆及活塞、固定凡尔总成、滑动阀、泵筒、游动凡尔总成、柱塞以及下接头组成。

上接头和油管连接, 下接头可根据需要连接尾管和井下工具, 拉杆及活塞通过对接器与抽油杆连接在一起。固定凡尔在泵筒的上部, 起到排液的作用。游动凡尔和柱塞在固定凡尔下部, 在泵筒内作上下往复运动, 承担进液的作用。

工作原理:

抽油杆在地面设备抽油机的带动下, 在油管内作上下周期运动, 从而带动稠油泵内的柱塞在泵筒内作上下往复运动。当下冲程时, 滑动阀在液柱压力作用下关闭排液通道, 随着柱塞的下行, 泵腔室 (8) 容积增大形成负压, 游动凡尔在环空液面压力作用下打开进液通道, 井内的液体通过进液通道 (12) 、进液孔 (11) 流进泵腔式 (8) 。当上冲程时, 随着柱塞的上行压缩液体, 泵腔室的压力增加, 游动凡尔关闭, 当泵腔室的压力高于油管内的液柱压力时, 滑动阀上行打开排液通道, 泵腔室的液体通过排液通道 (7) 、排液孔 (4) 流入固定凡尔总成上面的油管内, 并被排到地面, 完成排液的过程。

遇到斜井或稠油井, 抽油杆的下行力不够造成柱塞不能正常往复运动, 也不能正常进液和排液, 新型稠油泵能很好地解决这一问题。当下冲程时, 拉杆是一个实心的活塞, 受到一个液柱压力辅助柱塞下行, 这个力的大小和拉杆的横截面积有关, 由于拉杆是在固定凡尔总成内上下运动, 固定凡尔总成在泵筒上部, 可以根据需要来设计其直径大小而不受泵径的限制, 因此, 拉杆的横截面积可根据稠油粘度来设计以满足下行力的要求。

技术特征

本新型稠油泵由于采用了固定凡尔在上、游动凡尔及柱塞在下的特殊结构, 能实现下冲程进液、上冲程排液和普通泵相反的程序, 和普通泵相比具有以下特征:

1.下冲程一开始的瞬间, 柱塞仅受到环空液面的压力, 这个压力比油管液柱压力要小的多, 再加上有拉杆的液压助推力, 游动凡尔很容易打开, 整个下冲程过程也很顺利;

2.由于排液过程是在上冲程进行, 尽管排液时滑动阀受到了很大的液柱压力, 但在上冲程, 抽油杆承受的拉力是靠地面抽油机带动, 不会受到井内条件的限制, 对泵的正常生产不会有任何影响。该新型稠油泵彻底消除了普通泵下冲程排液打不开排液凡尔的现象;

3.由于柱塞下面是无限制的空间, 作业时调整抽油泵的余隙较简单, 因为余隙在泵筒上部, 只需上提抽油杆使柱塞和固定凡尔总成接触即可, 而且余隙可以保留的尽量小, 这就消除了气体对泵的影响。因此, 该泵还能很好地起到防气的作用。

现场应用

新型稠油泵在中原油田采油五厂稠油区块实验了15井次, 每口井都能正常生产, 和原来使用的抽油泵相比平均提高泵效12%, 也无发现明显遇阻现象, 得到了现场使用单位的认可。

胡7-106井是一口粘度在4000 m Pa.s的稠油井, 原来使用的抽油泵泵效不到20%, 抽油杆遇阻严重造成弯曲磨损, 有效期不到150天就得检泵作业。通过使用新型稠油泵, 泵效达到37%, 提高了17%, 也没发现抽油杆磨损现象, 泵的使用寿命延长到390天。

胡10-38井是一口斜井, 井斜达到38°, 抽油杆下行阻力大, 使用原来的抽油泵不能正常生产, 泵效只有10%。换为新型稠油泵后, 泵能正常生产, 泵效达到30%, 检泵作业起出来的抽油杆也未发现磨损。

结论

(1) 新型稠油泵能满足粘度不超过4200m Pa.s稠油井的无降粘措施的生产。也可应用于倾斜角不大于40°的斜井生产。

(2) 新型稠油泵由于有下行液压助推机构, 可以避免抽油杆下冲程时的弯曲, 适用于容易发生偏磨的生产井。

(3) 新型稠油泵结构简单, 容易操作。

摘要：在斜井或稠油井利用抽油泵采油的过程中, 由于抽油杆重力不足或下行阻力大, 普通泵无法正常抽汲。为此, 研制了一种新型稠油泵, 该泵打破普通泵的常规设计, 采用固定凡尔在上、游动凡尔在下的特殊结构, 进液和排液方式与普通泵相反, 柱塞下冲程进液、上冲程时排液, 克服了特殊环境下游动凡尔打开迟缓不能正常抽汲的缺陷。这种结构的泵适用于斜井、稠油井和偏磨井。15井次的现场实验表明, 新型稠油泵可增加泵的充满程度和产液量, 泵效明显提高, 取得了良好的经济效益, 也避免了偏磨现象的发生。

关键词：稠油泵,偏磨,斜井,下冲程进液