耐高温防砂抽油泵在蒸汽驱井组中的应用

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摘要：蒸汽驱生产条件下，普通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，达不到蒸汽驱生产举升工艺措施的要求。为此，开展特种抽油泵的研究、试验和优选工作。在结构设计和材料选择上进行了改进，满足了蒸汽驱生产工艺措施要求。

关键词：特种抽油泵 蒸汽驱 结构设计 材料选择 普通抽油泵 蒸汽驱规模生产

齐40块经过近20a的常规蒸汽吞吐开采，已进入产量快速递减阶段。为进一步提高采收率，开始实施蒸汽驱试验，目前转入规模化生产阶段。由于蒸汽驱开采需长时间连续向油层注入高温高压蒸汽，抽油泵工作环境相当复杂，普通抽油泵经常发生砂卡、磨损和腐蚀等现象，导致泵效下降，使用寿命缩短，检泵作业频繁。常规有杆泵技术已成为制约蒸汽驱开采的瓶颈。

1.普通抽油泵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。由于油层温度较高，普通抽油泵工作部件易高温变形，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。蒸汽驱条件下，地层温度较高，地层流体进入井筒后，压力降低，会产生闪蒸现象，闪蒸后产生大量水蒸汽，易造成抽油泵气锁，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。蒸汽驱生产要求有较高的采液速度，才可提高生产效果。生产压差增大，蒸汽在油层内的流速增加，高温蒸汽冲刷油层作用增强，导致油层中的砂岩颗粒脱落，造成油井出砂严重，缩短油井检泵周期。

（4）区块H2S含量高，普通泵耐腐蚀效果差。油藏中含有硫质成分，在蒸汽驱高温高压条件下易生成H2S气体，导致抽油泵关键部件腐蚀，腐蚀碎屑导致卡泵。

2.特种抽油泵工艺原理及技术特点

2.1 高温自补偿式携砂泵

2.1.1 结构组成

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、沉砂尾管等组成。

2.1.2 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。

2.1.3 技术特点

（1）采用固定柱塞运动泵筒式结构，砂粒不能沉积在泵筒内。

（2）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。

（3）金属割缝筛管采用0.4mm激光割缝，能有效地将大直径砂粒阻挡在泵外。

（4）泵内沉砂装置可将小直径砂粒沉降到沉砂管柱中，有效避免卡泵。

（5）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。

2.2 柔性金属泵

2.2.1 结构组成

柔性金属泵由泵筒、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。

2.2.2 工作原理

上冲程时，柱塞固定组件上行，浮动阀座与半球接触形成多级密封，并带动浮环组件上行，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，柱塞固定组件下行，浮环组件相对上行，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。

2.2.3技术特点

（1）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。

（2）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。

（3）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，不宜砂卡。

（4）柱塞上端设计为锐角，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，可以有效避免卡泵。

2.3 耐高温陶瓷泵

2.3.1 结构组成

耐高温陶瓷泵主要由泵筒、陶瓷柱塞、进油阀、大流道高效阀等组成。

2.3.2 工作原理

耐高温陶瓷泵在柱塞上采用双阀双保险结构，柱塞上的双游动阀有2组，一组采用硬质合金阀，另一组采用陶瓷阀。由于材料比重大，下降速度快，提高了出油阀关闭速度；利用陶瓷阀耐高温、耐腐蚀和耐磨损的特点，提高泵的工作性能和工作寿命。

2.3.3 技术特点

（1）研制了抗高温耐腐蚀陶瓷柱塞，在陶瓷中添加了增韧剂，提高了柱塞的强度。

（2）阀组采用大流道高效阀结构，流道面积为普通泵流道的1.4倍，降低了泵的进油阻力，提高泵的充满系数。

（3）采用防漏双保险结构，保证在泵在上下冲程中均能实现有效的密封，防止漏失，提高泵效和工作寿命。

（4）采用泵腔减压装置，改善了柱塞和阀组的工作状态，提高了泵的使用寿命。

3.特种抽油泵使用效果分析

特种抽油泵在齐40块蒸汽驱井组中使用100多井次，累计增油1.3×104t，单井同期对比减少作业85井次，累计创效1000多万元，取得较高的经济效益。

4.结论

通过对特种抽油泵的研究、应用与推广，形成一整套先进技术，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。

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