耐高温防砂抽油泵在汽驱井组中的应用

　　生产线上耐高温防砂抽油泵在汽驱井组中的应用尤洪军，蒋生健，王铁强（中石油辽河油田公司）尤洪军等。耐高温防砂抽油泵在汽驱井组中的应用。钻采工艺，2008抽油泵关键部件易发生腐蚀和高温变形等问题，造成油井泵效低、生产周期短，达不到汽驱生产举升工艺措施要求。针对汽驱开发中存在的问题，开展了适合汽驱生产特种抽油泵的研究、试验和优选工作。在结构设计和材料选择上对抽油泵进行了改进，优选了高温自补偿式携砂泵、柔性金属泵、耐高温陶瓷泵等系列特种抽油泵，满足了汽驱生产工艺措施要求，为稠油蒸汽驱大规模的开发提供了保障。

　　进入井筒后，压力降低，会产生闪蒸现象；当液体吸入泵腔后，压力进一步降低，再次产生闪蒸现象。两次闪蒸，产生大量水蒸汽，大大增加了抽油泵工作时的气锁现象，使抽油泵不能正常工作。

　　3油层出砂严重，普通泵抗卡能力差含油地层长期处于蒸汽冲刷和高温状态，原始地层结构发生改变。同时，汽驱生产要求有较高的采液速度，以降低井底压力加大生产压差，提高汽驱生产效果。生产压差增大，造成蒸汽在油层内的流速增加，高温蒸汽冲刷油层作用增强，容易导致油层中的砂岩颗粒脱落，脱落后的颗粒随流体运移到井筒内，造成油井出砂严重，检泵周期缩短。

　　4区块S含量高，普通泵耐腐蚀效果差齐40区块油藏中含有硫质成分，在汽驱高温高压条件下易生成HS气体，HS的存在导致抽油泵关键部件腐蚀，腐蚀反应速度随温度升高而加快。据有关资料统计，温度每增加10°c，化学反应速度大约增加至原来速度的1~2倍。

　　通常，普通抽油泵的泵筒和柱塞均为常规性处理，存在较多毛细微孔，腐蚀液很容易侵入镀层或喷焊层中，终使镀层下的基体铁被腐蚀而呈淘空状态，镀层脱落导致卡泵。

　　二、特种抽油泵工艺原理及技术特点针对汽驱开发中存在的上述问题，开展了适合汽驱生产特种抽油泵的研究、试验和优选工作。在抽油泵的结构设计和材料选择上都做了重大改进，优选出了高温自补偿式携砂泵、柔性金属泵、耐高温陶瓷泵等特种抽油泵系列，有效地解决了抽油泵在高温下变形、腐蚀、卡泵、汽锁和泵效低等问题。

　　1高温自补偿式携砂泵11结构组成齐40块是欢喜岭采油厂稠油生产主力区块，自1987年投入开发以来，经过近20年的常规吞吐开采，产量已进入快速递减阶段，常规吞吐方式已不适应该区块稳产增产的需要。为进一步提高采收率，1998年10月在该区块开展了4个井组的蒸汽驱先导试验，2003年又开展7个井组的蒸汽驱扩大试验，2006年底开始全面转入蒸汽驱生产阶段。目前，该区块蒸汽驱先导试验已取得成功，扩大试验正在向好的方向发展，工业化试验已全面进入实施阶段。由于蒸汽驱开采需长时间连续向油层注入高温高压蒸汽，抽油泵在井底工作环境相当复杂，普通抽油泵在生产过程中经常发生砂卡、磨损和腐蚀等现象导致抽油泵泵效迅速下降，使用寿命缩短，造成油井检泵作业频繁，常规有杆泵技术已成为制约汽驱采油技术的瓶颈。

　　一、普通抽油泵在蒸汽驱开发中存在的主要问题及原因分析1油层温度高，普通泵耐高温性能差普通抽油泵的泵筒一般由碳素结构钢制成，表面进行硬化处理，柱塞表面用喷焊镍基合金或镀铬。由于油层温度较高，普通抽油泵工作部件易发生高温变形。由于材质不同，线性膨胀系数不同，另外，泵筒与柱塞的截面尺寸不同，这样就会使抽油泵的变形方向具有不规则性和非同一性，造成抽油泵运动部件和密封部件无法正常工作，降低了泵效，增加了卡泵几率。

　　2普通泵汽锁现象严重，泵效低地层高温流体进入井筒后，由于压力降低，对应水的饱和温度降低，部分水的显热变成水蒸汽的潜热，急剧汽化，这种现象称为闪蒸。蒸汽驱条件下，地层温度较高，地层流体钻采工艺2008年5月主要由固定柱塞、运动泵筒、金属密封环、分砂分液装置、金属割缝筛管、沉砂尾管等几部分组成。

　　1.2技术原理上冲程时，泵筒随抽油杆向上运动，泵筒上游动凡尔关闭，油井内液体经金属割缝筛管进入到泵筒和柱塞内，柱塞上固定阀尔打开，油井内液体进入泵腔内，实现进油过程。

　　下冲程时，泵筒随抽油杆向下运动，泵筒上游动阀尔打开，柱塞上固定凡尔关闭，泵腔内液体和砂粒进入油管内，实现排油过程1.3技术特点采用固定柱塞运动泵筒式结构，使砂粒不能沉积在泵筒内；柱塞上装有金属密封环实现自动缩放以适应泵筒内径变化，避免高温卡泵；4mm激光割缝，能有效地将大直径砂粒阻挡在泵外；泵内沉砂装置可将小直径砂粒沉降到沉砂管柱中，而不会使砂粒进入活塞和泵筒之间，能够有效避免卡泵；防排砂管柱结构简单，具有泵外挡砂、泵内沉砂，柱塞不易砂卡、砂埋的优点；2柔性金属泵21结构组成柔性金属泵在结构设计上与普通泵完全不同，它由泵筒、密封段、中心杆、压套、浮动阀座、半球、导向块、固定凡尔球、固定凡尔座等几部分组成。柱塞结构采用软密封的形式，强开强闭，能够有效防止汽锁，同时还具有良好的抗砂性能。

　　22工作原理上冲程时，柱塞固定组件（中心杆、半球、导向块）上行，浮动阀座与半球接触形成多级密封，并带动浮环组件（密封段、压套、浮动阀座）上于，密封段与泵筒之间形成多级密封形成抽力，固定阀开启，井液进入泵筒内柱塞下腔。

　　下冲程时，柱塞固定组件（中心杆、半球、导向块）下行，浮环组件（密封段、压套、浮动阀座）相对上于，浮动阀座与半球离开形成通道，同时固定阀关闭，柱塞下井液通过导向块与泵筒之间、浮动阀座与半球之间、压套与中心杆之间的环形流道，越过单级密封单元上行，之后逐级上行进入油管内。

　　23技术特点柱塞采用完全独立的多级密封单元结构，强开强闭，具有防汽锁功能；柱塞密封单元与中心杆及杆柱之间处于游离状态，杆柱的偏心力作用于导向块，由导向块承受偏磨，可有效消除井下泵密封单元的偏磨；单级密封单元采用非接触式弹性间隙密封，密封单元结构短，不易砂卡；在柱塞上端设计为锐角，大限度减少沉降砂粒进入密封间隙的可能性，能够进入密封间隙的砂的粒径均小于或接近密封间隙值，配合柔性密封间隙，可以有效避免卡泵。

　　3耐高温陶瓷泵3.1结构组成耐高温陶瓷泵主要由泵筒、陶瓷柱塞、进油阀、大流道高效阀等几部分组成。

　　3.2工作原理耐高温陶瓷泵在柱塞上采用了双阀双保险的结构，柱塞上的双游动阀，一组采用硬质合金阀，一组采用了陶瓷阀。采用硬质合金阀，利用其材料比重大，下降速度快，提高了出油阀关闭速度；采用陶瓷阀，利用其耐高温、耐腐蚀和耐磨损的特点，提高泵的工作性能和工作寿命。

　　3.3技术特点抗高温耐腐蚀陶瓷柱塞采用工业陶瓷新材料作为柱塞的基体材料，在陶瓷中添加了增韧剂，提高了柱塞的强度；阀组采用大流道高效阀结构流道面积为普通泵流道的14倍，大大降低了泵的进油阻力，提高了泵的充满系数；采用防漏双保险结构，保证泵在上下冲程中均能实现有效的密封，防止漏失，提高泵效和泵的工作寿命；采用泵腔减压装置，减轻了泵腔中的汽击和水击现象，改善了柱塞和阀组的工作状态，提高了泵的使用寿命。

　　三、特种抽油泵使用效果分析1典型井分析齐40?9一3井为2007年投产的一口新井，该井出砂较为严重，热采投产后连续下入2台抽油泵，都生产2 ~3d后砂卡，油井不能正常生产。后下入高温自补偿式携砂泵，油井恢复正常生产。截至目前，该井已连续工作4个月以上，表现出了极强的抗砂性能，措施前后产量对比如所示。

　　1目0§图丨齐40-9-k33井措施前后产置变化对比曲线图艺SB -卜i（2）齐40?9一026井为先导汽驱井组内的一口生产井，泵，冲砂全部漏失，下入柔性金属泵后正常生产，措施前后产06年5月热采后下泵生产，生产137d后于06年9月砂卡检量对比如所示。

　　9-026并措施前后产董变化对比曲线?026井是一口汽驱高温井，井口温度在100°C以上。下入耐高温陶瓷泵前采用普通泵进行生产，工作1604后泵漏检泵，平均泵效242下入耐高温陶瓷泵后正常生产366d平均泵效为553且产量十分稳定。再次检泵作业时，对泵工作部件进行检测，发现陶瓷柱塞磨损极小。

　　2使用效果2004年以来，特种抽油泵在齐40块汽驱组中共使用100多井次，累计增油1.3X1（ft单井同期对比减少作业85井次，累计创效100多万元，取得了较高的经济效益。

　　现场应用试验表明，蒸汽驱系列特种抽油泵具有结构设计新颖合理、施工工艺简单、防砂抗卡性能好的特点，满足了蒸汽驱生产条件下提液量大、高温、出砂、腐蚀性强、高含气等复杂情况的工作要求，完全适应汽驱生产举升工艺的要求。

　　四、结论通过对特种抽油泵的的研究、应用与推广，形成了一整套先进技术，解决了泵筒、柱塞、固定阀组和游动阀组的耐腐蚀、抗高温和防变形等技术难题，保证了抽油泵在高温条件下不卡泵、漏失量小、耐腐蚀，在高含砂、高油气比的条件下显著提高泵效，延长油井的检泵周期，使出砂严重的油井恢复正常生产，满足了稠油蒸汽驱开采条件下高温复杂环境对举升工艺的要求。