论文部分内容阅读
摘要：普通杆式泵在海外河油田应用规模有限，未发挥出成本优势。通过分析杆式泵应用中存在的问题，提出技术改进和管理提升思路，为杆式泵大规模推广应用创造条件。
关键词：杆式泵 泵效 改进
中图分类号：TE933 文献标识码：A DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.200
海外河油田为注水开发的普通稠油油藏，动用含油面积13.km2，地质储量4438×104t，其中水驱储量3766×104t，油藏埋深1400～2350m，储层胶结疏松且油稠，油井出砂严重。抽油泵以管式泵为主，检泵、冲砂作业时需起下油管，增加了作业工作量及费用。杆式抽油泵因结构复杂、功能单一、质量不稳定、管理难度大等原因仅少量应用，未发挥出成本优势。本文通过对杆式泵应用现状和存在的问题分析，为杆式泵后续改进提供一定的借鉴。
一、杆式泵工作原理
杆式抽油泵具有座封牢固、密封可靠、解卡方便等特点。主要结构包括座封、泵体。泵体部分包括拉桿、柱塞、固定阀、泵筒等。座封部分泵座随油管一起下到井下预定位置，泵体在油管内随抽油杆一起下到固定位置，座封稳定后即可起抽，起泵时向上提抽油杆带动阀杆上行，当开关节箍进入卡瓦中心位置时，卡瓦上端收缩脱离泵座环形沟槽解卡，泵即可提出泵座进入油管到地面。
二、技术参数
顶部固定杆式抽油泵按柱塞直径主要分为φ175杆式泵、φ225杆式泵。
三、应用现状及存在的问题
为降低作业费用，减少占井周期，海外河油田自2017年起实验推广应用杆式泵，年使用15台左右，主要应用于检泵频次高、冲砂检泵的井。但在使用过程发现故障频繁，未发挥出经济效益。主要存在以下问题：
1.卡泵
海外河油田普遍出砂，而目前应用的杆式泵采用普通柱塞，没有防砂能力，生产过程中经常出现砂卡故障。且由于杆式泵的特殊结构，洗井解卡成功率较低，卡泵后只能把泵取出，重新下入新泵，未能发挥杆式泵不动管柱作业降低作业成本的优势，反而增加了一次作业费用，影响了油田的正常生产。
2.泵效低
海外河油田原油属于普通稠油，杆式泵采用普通阀球及球座，阀球回落滞后，阀座磨损严重，导致生产井泵效较低。同时杆式泵泵筒采用二级以上配合间隙，在高含水井中使用时间隙漏失严重，泵效低。
3.杆式泵坐封不到位
杆式泵采用顶部固定、三牙块锁紧、金属密封的设计，密封段长13cm且与泵座密封间隙仅为0.03mm，对加工的精度要求较高。目前因加工质量导致座封不到位返检3井次/年，故障率占比20%。
4.适用性差
杆式泵因应用规模小，未能像管式泵一样形成众多的特种泵体系，现场没法根据油井不同特点优选泵型，降低杆式泵的使用效果。
四、下步改进思路
结合目前杆式应用存在的问题，改进杆式泵功能结构，形成稠油、防砂、斜井等系列泵型，提高杆式泵的使用效能。
1.增加防砂柱塞提高防砂能力
杆式泵冲砂检泵时可以减少一趟起下管，降低作业费用，因而在出砂井中应用优势明显。为提高防砂能力，可借鉴管式泵防砂原理，将普通柱塞加装防砂槽、刮砂环和柔性柱塞等形式，降低砂卡故障。
2.改进双阀结构提高泵效
采用“碳化钨球+钻铬钨座”阀副进行固定，由于阀副具有耐腐蚀、抗冲击，以及耐磨损这些优势，此外由于碳化钨球密比较高，约为不锈钢的1.9 倍，其泵的效率得到了特别明显的提升。采用双固定阀设计，将固定阀、游动阀改进成强开强闭结构，减缓回落滞后矛盾，延长固定阀使用寿命，降低泵的漏失。
3.采用分体式凡尔罩
为了让凡尔球在起跳过程中，不进入到凡尔罩的出油腔内，采用分体式凡尔罩，将出油腔和游动凡尔罩的阀球腔进行有效地分离。同时增加游动阀阀罩厚度2-3mm，提高阀罩强度，降低凡尔罩故障。
4.增加管柱试压装置
管式泵在管柱到位后，通过对管柱打压，可检验管柱是否漏失。杆式泵的管柱结构无法进行试压，因此也无法判断抽油管柱是否漏失，易造成作业返工，反复起下管柱，影响油井有效生产时间，增加作业成本。下步可根据单井需要增加泵下定压试压阀，下入泵筒前试压至3Mpa，验证管柱漏失情况。当需要正冲砂时增压至4Mpa时冲砂通道开启，正常冲砂。
5.研制一体化泵座装置
化学驱区块油井采出液量波动大，同时受地质认识影响部分措施井产量预测与实际往往有出入，泵径参数设计难度大;采取泵座一体化设计的杆式泵，液量变化后需换泵作业时不需更换泵座，可以减少作业工序。
6.质量保障
一是细化选井选型办法，根据我厂目前不同区块油品性质、生产特点、井身结构等情况，优选适合推广杆式泵的井号及泵型，提高方案符合率及杆式泵的使用效果。
二是完善操作规程及管理制度;完善作业起下泵、坐封、试压、校距、解卡等操作规程，提高杆式泵作业质量及采油站员工技能;制定杆式泵日常管理制度，确保应用效果。
三是加强加工环节质量管控、出厂检测，提高杆式泵出厂质量，返检井由厂家免费更换。
五、结论
海外河油田年作业450井次，而杆式泵占比仅为15井次，应用规模仅为3%，未发挥出规模效益。主要原因：一是杆式泵技术上具有极限性，还不具备大规模推广的条件;二是管理上还未做到一井一策选井，使用效果较差;三是基层人员还未熟悉杆式泵操作及故障处理，对杆式泵不信任。通过技术创新和管理提升，实行“一块一法”，提高杆式泵的适用性，实行“一井一策”的精细化管理，可以提高杆式泵的使用效能，杆式泵在海外河油田还有非常大的应用空间，提质提效潜力巨大。
参考文献：
[1]张余川. 杆式泵应用前景分析[J].科技论坛，2011：4.
[2]杨 浩. 杆式泵应用效果分析[J].化学工程与装备，2016，6：121-128.
[3]王进，于宏超，张耀辉. 杆式泵采油工艺技术的优化策略[J].化工设计通讯，2019，45（9）：31-33.
作者简介：韩有祥（1983-），男，工程师，2007年本科毕业于中国石油大学（华东）船舶与海洋工程专业，现从事井下作业管理工作。
（中油辽河油田分公司 辽宁盘锦 124010）
关键词：杆式泵 泵效 改进
中图分类号：TE933 文献标识码：A DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.200
海外河油田为注水开发的普通稠油油藏，动用含油面积13.km2，地质储量4438×104t，其中水驱储量3766×104t，油藏埋深1400～2350m，储层胶结疏松且油稠，油井出砂严重。抽油泵以管式泵为主，检泵、冲砂作业时需起下油管，增加了作业工作量及费用。杆式抽油泵因结构复杂、功能单一、质量不稳定、管理难度大等原因仅少量应用，未发挥出成本优势。本文通过对杆式泵应用现状和存在的问题分析，为杆式泵后续改进提供一定的借鉴。
一、杆式泵工作原理
杆式抽油泵具有座封牢固、密封可靠、解卡方便等特点。主要结构包括座封、泵体。泵体部分包括拉桿、柱塞、固定阀、泵筒等。座封部分泵座随油管一起下到井下预定位置，泵体在油管内随抽油杆一起下到固定位置，座封稳定后即可起抽，起泵时向上提抽油杆带动阀杆上行，当开关节箍进入卡瓦中心位置时，卡瓦上端收缩脱离泵座环形沟槽解卡，泵即可提出泵座进入油管到地面。
二、技术参数
顶部固定杆式抽油泵按柱塞直径主要分为φ175杆式泵、φ225杆式泵。
三、应用现状及存在的问题
为降低作业费用，减少占井周期，海外河油田自2017年起实验推广应用杆式泵，年使用15台左右，主要应用于检泵频次高、冲砂检泵的井。但在使用过程发现故障频繁，未发挥出经济效益。主要存在以下问题：
1.卡泵
海外河油田普遍出砂，而目前应用的杆式泵采用普通柱塞，没有防砂能力，生产过程中经常出现砂卡故障。且由于杆式泵的特殊结构，洗井解卡成功率较低，卡泵后只能把泵取出，重新下入新泵，未能发挥杆式泵不动管柱作业降低作业成本的优势，反而增加了一次作业费用，影响了油田的正常生产。
2.泵效低
海外河油田原油属于普通稠油，杆式泵采用普通阀球及球座，阀球回落滞后，阀座磨损严重，导致生产井泵效较低。同时杆式泵泵筒采用二级以上配合间隙，在高含水井中使用时间隙漏失严重，泵效低。
3.杆式泵坐封不到位
杆式泵采用顶部固定、三牙块锁紧、金属密封的设计，密封段长13cm且与泵座密封间隙仅为0.03mm，对加工的精度要求较高。目前因加工质量导致座封不到位返检3井次/年，故障率占比20%。
4.适用性差
杆式泵因应用规模小，未能像管式泵一样形成众多的特种泵体系，现场没法根据油井不同特点优选泵型，降低杆式泵的使用效果。
四、下步改进思路
结合目前杆式应用存在的问题，改进杆式泵功能结构，形成稠油、防砂、斜井等系列泵型，提高杆式泵的使用效能。
1.增加防砂柱塞提高防砂能力
杆式泵冲砂检泵时可以减少一趟起下管，降低作业费用，因而在出砂井中应用优势明显。为提高防砂能力，可借鉴管式泵防砂原理，将普通柱塞加装防砂槽、刮砂环和柔性柱塞等形式，降低砂卡故障。
2.改进双阀结构提高泵效
采用“碳化钨球+钻铬钨座”阀副进行固定，由于阀副具有耐腐蚀、抗冲击，以及耐磨损这些优势，此外由于碳化钨球密比较高，约为不锈钢的1.9 倍，其泵的效率得到了特别明显的提升。采用双固定阀设计，将固定阀、游动阀改进成强开强闭结构，减缓回落滞后矛盾，延长固定阀使用寿命，降低泵的漏失。
3.采用分体式凡尔罩
为了让凡尔球在起跳过程中，不进入到凡尔罩的出油腔内，采用分体式凡尔罩，将出油腔和游动凡尔罩的阀球腔进行有效地分离。同时增加游动阀阀罩厚度2-3mm，提高阀罩强度，降低凡尔罩故障。
4.增加管柱试压装置
管式泵在管柱到位后，通过对管柱打压，可检验管柱是否漏失。杆式泵的管柱结构无法进行试压，因此也无法判断抽油管柱是否漏失，易造成作业返工，反复起下管柱，影响油井有效生产时间，增加作业成本。下步可根据单井需要增加泵下定压试压阀，下入泵筒前试压至3Mpa，验证管柱漏失情况。当需要正冲砂时增压至4Mpa时冲砂通道开启，正常冲砂。
5.研制一体化泵座装置
化学驱区块油井采出液量波动大，同时受地质认识影响部分措施井产量预测与实际往往有出入，泵径参数设计难度大;采取泵座一体化设计的杆式泵，液量变化后需换泵作业时不需更换泵座，可以减少作业工序。
6.质量保障
一是细化选井选型办法，根据我厂目前不同区块油品性质、生产特点、井身结构等情况，优选适合推广杆式泵的井号及泵型，提高方案符合率及杆式泵的使用效果。
二是完善操作规程及管理制度;完善作业起下泵、坐封、试压、校距、解卡等操作规程，提高杆式泵作业质量及采油站员工技能;制定杆式泵日常管理制度，确保应用效果。
三是加强加工环节质量管控、出厂检测，提高杆式泵出厂质量，返检井由厂家免费更换。
五、结论
海外河油田年作业450井次，而杆式泵占比仅为15井次，应用规模仅为3%，未发挥出规模效益。主要原因：一是杆式泵技术上具有极限性，还不具备大规模推广的条件;二是管理上还未做到一井一策选井，使用效果较差;三是基层人员还未熟悉杆式泵操作及故障处理，对杆式泵不信任。通过技术创新和管理提升，实行“一块一法”，提高杆式泵的适用性，实行“一井一策”的精细化管理，可以提高杆式泵的使用效能，杆式泵在海外河油田还有非常大的应用空间，提质提效潜力巨大。
参考文献：
[1]张余川. 杆式泵应用前景分析[J].科技论坛，2011：4.
[2]杨 浩. 杆式泵应用效果分析[J].化学工程与装备，2016，6：121-128.
[3]王进，于宏超，张耀辉. 杆式泵采油工艺技术的优化策略[J].化工设计通讯，2019，45（9）：31-33.
作者简介：韩有祥（1983-），男，工程师，2007年本科毕业于中国石油大学（华东）船舶与海洋工程专业，现从事井下作业管理工作。
（中油辽河油田分公司 辽宁盘锦 124010）