压裂返排联作泵的改进及应用
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇压裂返排联作泵的改进及应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘 要】 设备、工具的设计影响到工艺实施的成功率。文章从探井连续试油工艺现场实验中出现的问题入手，分析了导致压裂返排联作泵失效的原因，得出了设计上的不足之处并进行了改进，在现场应用中取得了较好的效果，对杆式泵的优化设计具有一定的参考价值。
【关键词】 压裂返排联作泵 失效 改进
压裂返排联作泵技术是胜利油田探井压裂返排试采联作工艺的关键组成技术。利用该泵可实现一趟压裂管柱完成压裂、返排和求产三道工序，在缩短作业时间的同时，也减轻了储层污染，提高了措施效果。该泵是一种上部密封、下部锁定的杆式泵，早期采用O型圈密封，设计的最大冲程为6.3m，下部采用锚爪与外筒配合实现锁定。在初期现场实验过程中，该泵出现了密封失效、锚爪损坏的现象。为了避免工具失效造成联作工艺失败，对该泵在整个工艺实施过程中可能发生失效的环节和失效原因进行了分析，在此基础上进行了设计修正，并针对施工时的操作便利性进行了优化，最后进行了推广应用。
1 失效原因分析
根据现场实验的观察结果，该泵失效总结起来主要体现在两方面：一是密封失效，二是底部锁定锚爪损坏。
（1）密封失效。在现场实验过程中，出现过以下几种状况：一是下完泵后用通井机试抽憋不起压或者起压慢，起出泵发现密封圈破损、脱落；二是抽汲过程正常，试油完毕起出泵内筒后发现密封圈脱落；三是下泵和试抽过程正常，但在采用6m冲程正式抽汲时出液量少，并且一段时间后不出液，起出泵后发现密封圈破碎，并且锚爪有磨损痕迹。
下泵后试抽不起压，排除油管和地层供液因素，应该是泵自身密封出现问题。通过起泵后的观察结果，初步断定是密封圈在下泵过程中发生损坏。抽汲过程正常，泵起出后密封圈脱落，说明泵内筒上的O型密封圈在起下过程中易损坏进而导致密封失效。
通过观察后得出的推论，具体进行了以下分析和验证。该泵密封部分刚体外径为71～72mm，O型圈略微突出刚体部分。观察损坏的O型圈，发现其破损形式为外周啃烂，或者整体剪切，据此判断O型圈应该是在进入泵外筒密封部分或者在油管接箍处发生磕碰导致损坏。通过在室内进行模拟实验证实了这一猜想，发现在快速将内泵筒密封部分插入泵外筒时，密封圈易被啃坏。实际下泵过程中油管弯曲、管内结蜡及死油、以及较快的下入速度，均有可能导致密封圈脱落或被剪切。这是由O型橡胶密封圈自身特点决定的，其安装在密封槽内靠少量张紧保持固定，因此受外力易脱落或部分脱出密封槽，部分脱出后在油管内下行极易破损。即使下入时未发生破损或脱落，也有可能在内筒进入外筒的瞬间被剪切损坏。以上这些情况在下泵过程中无法完全避免，使得联作泵的密封质量无法保证，因此必须对密封部分进行改进。
对于调整冲程后抽汲不出液的情况，结合锚爪磨损、密封圈损坏判断应该是抽汲过程中泵内筒被提出外筒，整个内筒随杆柱在上、下冲程末发生窜动，导致泵内筒与外筒密封部分错位或密封圈损坏，密封失效，进而抽汲时出液少或不出液。发生此现象的原因是该泵最初设计的最大冲程为6.3m，采用高原皮带式抽油机固定6m冲程抽汲时，余量只有0.3m左右。由于防冲距计算以及提防冲距操作无法十分精确，某些情况下会出现防冲距上提过多，导致柱塞在泵筒内的行程不足6m或余量过小，加上上行程末的杆柱惯性及弹性收缩等因素，采用6m冲程时柱塞易碰顶将内泵筒带出外泵筒。为了避免提防冲距造成的这类泵密封失效现象，柱塞在泵筒内的行程需要加大。
（2）锚爪损坏。联作泵的锚爪采用弹簧钢管割缝形成爪片，与外泵筒内的锁定槽配合实现对内泵筒的锁紧。该方式可提供较大的锁紧力，能防止柱塞与泵筒偶然轻微卡阻后造成泵体解锁。同时锁紧结构与密封结构分离，也减小了密封部分的径向尺寸，便于施工，减少下泵时遇卡情况的发生。在现场实验过程中发生的锚爪损坏现象，损坏状况分别是锁爪向内收拢不回弹、爪片中部弓起变形。通过分析联作泵从运输、井场存放以及下入井内等过程中可能发生锚爪损坏的环节，认为造成锚爪损坏的原因有以下几点：首先是锚爪设计时未考虑保护措施，单爪片参数仅按工作需要进行设计，未考虑其他情况下的受力状况，导致单爪片易发生损坏；其次是运输及存放时操作不慎，导致爪片受力过大产生变形；再次是在斜井中应用时，爪片端部可能会在弯曲井段的油管接箍处磕碰，由于上部杆柱重量大，导致爪片受冲击弓起变形。
损坏的锚爪起不到锚定作用，泵筒无法固定，易在抽汲过程中发生窜动，导致密封损坏、失效，井口不出液等现象。为此锁爪部分的结构也需要进行改进。
（3）其他问题。联作泵是杆式泵结构，内泵筒包含工作泵筒和柱塞以及拉杆，装配好后整体连接至抽油杆底部下入井内。由于泵外形尺寸原因，没有合适的吊卡用来起吊泵筒，提起拉杆时泵也无法在井口悬挂，为此需要对泵上部结构进行改进，便于利用油管吊卡直接起吊泵筒。
2 结构改进优化
针对以上分析中提出的问题，对联作泵结构进行了四处改进。
（1）内泵筒顶部出液口附近增加挡环用于悬挂吊卡。该挡环外径与油管接箍相同，采用大螺距螺纹连接到出液口处，挡环上开口，可穿过拉杆，便于大钩吊起拉杆悬挂泵筒后将挡环拆下。（2）内泵筒上部的密封结构由O型橡胶圈改为皮碗型尼龙环，与铜环密封结合。尼龙材质较橡胶耐磨，设计成皮碗结构不但密封性能好，且下入过程中皮碗不易损坏，大大提高了联作泵密封的可靠性。（3）泵筒加长。预留给柱塞的行程达到6.7m，同时内泵筒整体长度基本不变，降低了行程不够导致泵筒窜动的可能性，也无需重新设计外泵筒，并且降低了防冲距调整难度，提高了整体工艺的实施成功率。（4）锁爪处加入保护结构。针对爪片易受外力变形的情况，在割缝形成爪片时保留部分框架形成保护结构，不影响爪片与外泵筒的配合锁定，同时可代替爪片承受过高的侧向和轴向载荷，减少锁爪损坏几率。
3 现场应用效果
在探井压裂返排联作工艺初期实验阶段，发现文中所述问题后对压裂返排联作泵不断进行改进和优化设计，至最后一项改进――锁爪加入保护结构――完成并投入使用前，现场共进行了300井次应用，其中锁爪失效发生过3井次，密封圈破损发生过3井次。经过一一改进优化设计，从2011年至今投入使用近150井次，未再发生过因泵自身原因造成的工艺失败情况。现场应用效果证明对联作泵在使用过程中出现问题的分析及改进准确到位，避免了因工具质量问题导致工艺失败的情况，提高了探井压裂返排工艺的可靠性和成功率。
4 结语
通过对探井压裂返排联作工艺中出现问题的分析，找到了联作泵设计上存在的问题并进行了改进，改进后的联作泵可靠性提升明显，保证了探井压裂返排试采联作工艺的实施成功率。
参考文献：
[1]常峰，罗燕，刘丙生等.压裂后快速返排工艺技术的研究[J].石油机械，2009，37（3）：56～58.