新型液力反馈无油管采油工艺技术研究
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【摘要】无油管采油工艺采用直径较大的空心杆代替实心杆带泵工作，空心杆的临界压载和抗弯模量均是实心杆的3倍以上，大大地增加了杆柱抗失稳的能力。计算结果表明，在空心杆柱上加适量的扶正器，就可以完全避免空心杆柱在井下发生受压失稳，因此该工艺具有良好的发展前景。该工艺从根本上解决了偏磨的问题，大幅度降低油井的开采成本，延长油井的生产周期，达到油井偏磨治理的先进水平。
【关键词】液力反馈 无油管 采油工艺
在有杆泵采油系统中，抽油杆和油管的偏磨不仅降低抽油杆的强度，造成抽油杆断裂，而且还会磨穿油管壁，造成油管漏失，影响油井的正常生产。为提高抽油井的生产周期，节约生产成本和提高抽油井的经济效益，有必要对管杆偏磨的治理另寻途径，开发和引进先进的防偏磨技术，提高胜利油田防偏磨技术水平。
1 无管采油工艺的发展
国外，无油管采油工艺主要分为两种，一种方式是直接由实心抽油杆联接常规泵下入井内，以套管为液流通道，这种方式因受套管密封质量及携砂能力的限制，极易造成抽油泵的砂卡、砂埋，对高含水期井液杂质较多的井况非常不适应；另一种方式是采用空心杆联接经改造的空心杆抽油泵下入井内，以空心杆内孔作为液流通道，这种方式因具有携砂能力强，不受套管密封性能的限制等特点，现已被广泛采用。该技术在泵上接套管接箍锚定装置，用于固定泵筒，采用正转空心杆座封、反转空心杆解封的方式座封锚定装置，存在以下问题：
（1）采用普通抽油泵与之配套使用，存在下行困难问题。
（2）锚定器锚定机构的座封解封作业步骤繁琐、一次成功率低。尤其是反向转动空心杆解封易出现空心杆的脱扣，特别是一旦柱塞发生砂卡，则不能实施旋转解封操作，有可能造成油井的大修。
（3）采用空心杆采油专用井口设备，不能利用现有常规有杆泵井口设备进行工作和管理。井口设备复杂，不便于维护。
本项目主要针对以上的在井下生产管柱上的三点问题，开展研究工作。同时针对具体油井的供液、含水、粘度等井况的不同，为了优选合适的泵径、泵深、管杆组合，开展了无管采油软件的研究及编制工作，用以对现场施工进行理论上的支持及指导。
2 液力反馈无油管采油工艺技术研究
针对胜利油田采油厂的油藏和生产特点，研究形成了适合于胜利油田采油厂应用的液力反馈无油管采油工艺管柱及配套技术，该技术主要由井口分流系统和井下采油系统两部分组成，基本上解决了本项目在生产管柱上的三个难题。经过设计研究，已完成了现场施工准备工作，达到现场实施的条件。
2.1 设计采用了新型井口分流系统
该井口分流系统主要由井口密封泵和配套油管柱组成，该系统巧妙地在井口配置一井口密封泵，通过这个密封泵将空心杆杆柱转换为有杆泵常规生产杆柱，将空心杆内的流体分流到环空内，从而可以利用现有的有杆泵生产井口设备进行无油管采油，实现了无油管采油的常规生产管理，降低生产成本。
井下采油系统主要由空心抽油杆、空心杆扶正器、悬挂器、无油管抽油泵、防转器等组成
该抽油泵采用大小柱塞串联的形式，一部分采用长柱塞短泵筒形式，另一部分采用长泵筒短柱塞形式，采用等径刮砂柱塞结构，具有液力反馈功能，增加了下行的动力，解决了常规无油管采油工艺存在的杆柱下行缓慢、阻力大的问题。
图1 无油管抽油泵结构示意图
工作原理：
下冲程时，大柱塞上部的泵腔体积增大，压力降低，出油阀关闭，当压力降低到小于进油阀下方的沉没压力时，进油阀打开，液体进入大柱塞上部泵腔，为进液过程；上冲程时，大柱塞上部的泵腔体积减小，压力上升，进油阀关闭，当压力升高到大于出油阀以上的液柱压力时，出油阀打开，井液进入小柱塞，顺着空心杆向上排出液体，该过程为排液过程。这样，循环往复便完成了井液的抽汲。
从理论上，我们对常规型与液力反馈型两种无油管采油工艺中抽油机悬点最大、最小载荷进行了力学分析对比，进一步阐明了液力反馈无油管工艺是可增加下行动力的。分析结果表明，由于液力反馈无油管工艺抽汲方式为上行排液、下行进液，与常规无油管采油工艺相比，上行程增加了两种上行阻力：一是由于液体在空心杆内流动产生的液流阻力；二是液柱压力作用于大、小柱塞截面差产生的液压力。下行程减少了液体在空心杆内流动产生的下行液流阻力，增加了液柱作用于小柱塞产生的下行动力。因此，新工艺能有效解决管柱下行困难的问题，提高空心杆的使用使命，延长油井的有效生产期。
2.3 改进了井下悬挂装置
采用地面旋转扩张下放锚定于套管接箍的锚定方式，释放采用直接上提管柱的方式，操作简单、可靠，整套工具防腐处理，具有较强的防腐性能，可保证长期安全工作。
工作原理：
当配套管、杆柱下入井内至预定泵挂深度时，在防转器的作用下抽油泵泵筒不转动，旋转空心抽油杆柱，带动悬挂器径向扩张撑在套管壁上，然后慢慢下放杆柱，遇到套管接箍时悬挂器继续扩张，完成锚定过程。直接上提杆柱，悬挂器回弹复原位，脱离套管接箍，管柱随即提出，完成释放过程。
2.4 设计使用了新型防转器
为了使整个工艺更加完善，符合现场应用的条件，设计了新型防转器。防转器的作用是使下部管柱在空心杆柱旋转时不随转，配合悬挂装置完成悬挂杆柱的目的。
结构组成：主要由锚体、锚爪、弹簧等组成
工作原理：
工具下入井内预定位置后，管柱正转，锚爪锚住套管内壁，使得与之相连的部分管柱不随转，起到锚定的作用。管柱反转，即可释放锚定。
目前研究形成的液力反馈无油管采油工艺生产管柱整体具有如下特点：
（1）该工艺能有效解决常规无油管采油工艺存在的管柱下行困难的问题，提高空心杆的使用使命，延长油井的有效生产期；
（2）该工艺可直接采用常规井口进行无油管采油，减少了现场管理难度，提高了井口的安全可靠程度；
（3）空心杆的临界压载和抗弯模量均是实心杆的3倍，大大地增加了杆柱抗失稳的能力，而且由于空心杆与套管间间隙的增加5倍，在空心杆柱上加适量的扶正器，就可以完全避免空心杆柱在井下发生受压失稳，防偏磨效果明显；