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耐高溫防砂抽油泵在汽驅井組中的應用

時間:2017-11-18 10:19:00   來源:本網   添加人:admin

  生產線上耐高溫防砂抽油泵在汽驅井組中的應用尤洪軍,蔣生健,王鐵強(中石油遼河油田公司)尤洪軍等。耐高溫防砂抽油泵在汽驅井組中的應用。鉆采工藝,2008抽油泵關鍵部件易發生腐蝕和高溫變形等問題,造成油井泵效低、生產周期短,達不到汽驅生產舉升工藝措施要求。針對汽驅開發中存在的問題,開展了適合汽驅生產特種抽油泵的研究、試驗和優選工作。在結構設計和材料選擇上對抽油泵進行了改進,優選了高溫自補償式攜砂泵、柔性金屬泵、耐高溫陶瓷泵等系列特種抽油泵,滿足了汽驅生產工藝措施要求,為稠油蒸汽驅大規模的開發提供了保障。

  進入井筒后,壓力降低,會產生閃蒸現象;當液體吸入泵腔后,壓力進一步降低,再次產生閃蒸現象。兩次閃蒸,產生大量水蒸汽,大大增加了抽油泵工作時的氣鎖現象,使抽油泵不能正常工作。

  3油層出砂嚴重,普通泵抗卡能力差含油地層長期處于蒸汽沖刷和高溫狀態,原始地層結構發生改變。同時,汽驅生產要求有較高的采液速度,以降低井底壓力加大生產壓差,提高汽驅生產效果。生產壓差增大,造成蒸汽在油層內的流速增加,高溫蒸汽沖刷油層作用增強,容易導致油層中的砂巖顆粒脫落,脫落后的顆粒隨流體運移到井筒內,造成油井出砂嚴重,檢泵周期縮短。

  4區塊S含量高,普通泵耐腐蝕效果差齊40區塊油藏中含有硫質成分,在汽驅高溫高壓條件下易生成HS氣體,HS的存在導致抽油泵關鍵部件腐蝕,腐蝕反應速度隨溫度升高而加快。據有關資料統計,溫度每增加10°c,化學反應速度大約增加至原來速度的1~2倍。

  通常,普通抽油泵的泵筒和柱塞均為常規性處理,存在較多毛細微孔,腐蝕液很容易侵入鍍層或噴焊層中,最終使鍍層下的基體鐵被腐蝕而呈淘空狀態,鍍層脫落導致卡泵。

  二、特種抽油泵工藝原理及技術特點針對汽驅開發中存在的上述問題,開展了適合汽驅生產特種抽油泵的研究、試驗和優選工作。在抽油泵的結構設計和材料選擇上都做了重大改進,優選出了高溫自補償式攜砂泵、柔性金屬泵、耐高溫陶瓷泵等特種抽油泵系列,有效地解決了抽油泵在高溫下變形、腐蝕、卡泵、汽鎖和泵效低等問題。

  1高溫自補償式攜砂泵11結構組成齊40塊是歡喜嶺采油廠稠油生產主力區塊,自1987年投入開發以來,經過近20年的常規吞吐開采,產量已進入快速遞減階段,常規吞吐方式已不適應該區塊穩產增產的需要。為進一步提高采收率,1998年10月在該區塊開展了4個井組的蒸汽驅先導試驗,2003年又開展7個井組的蒸汽驅擴大試驗,2006年底開始全面轉入蒸汽驅生產階段。目前,該區塊蒸汽驅先導試驗已取得成功,擴大試驗正在向好的方向發展,工業化試驗已全面進入實施階段。由于蒸汽驅開采需長時間連續向油層注入高溫高壓蒸汽,抽油泵在井底工作環境相當復雜,普通抽油泵在生產過程中經常發生砂卡、磨損和腐蝕等現象導致抽油泵泵效迅速下降,使用壽命縮短,造成油井檢泵作業頻繁,常規有桿泵技術已成為制約汽驅采油技術的瓶頸。

  一、普通抽油泵在蒸汽驅開發中存在的主要問題及原因分析1油層溫度高,普通泵耐高溫性能差普通抽油泵的泵筒一般由碳素結構鋼制成,表面進行硬化處理,柱塞表面用噴焊鎳基合金或鍍鉻。由于油層溫度較高,普通抽油泵工作部件易發生高溫變形。由于材質不同,線性膨脹系數不同,另外,泵筒與柱塞的截面尺寸不同,這樣就會使抽油泵的變形方向具有不規則性和非同一性,造成抽油泵運動部件和密封部件無法正常工作,降低了泵效,增加了卡泵幾率。

  2普通泵汽鎖現象嚴重,泵效低地層高溫流體進入井筒后,由于壓力降低,對應水的飽和溫度降低,部分水的顯熱變成水蒸汽的潛熱,急劇汽化,這種現象稱為閃蒸。蒸汽驅條件下,地層溫度較高,地層流體鉆采工藝2008年5月主要由固定柱塞、運動泵筒、金屬密封環、分砂分液裝置、金屬割縫篩管、沉砂尾管等幾部分組成。

  1.2技術原理上沖程時,泵筒隨抽油桿向上運動,泵筒上游動凡爾關閉,油井內液體經金屬割縫篩管進入到泵筒和柱塞內,柱塞上固定閥爾打開,油井內液體進入泵腔內,實現進油過程。

  下沖程時,泵筒隨抽油桿向下運動,泵筒上游動閥爾打開,柱塞上固定凡爾關閉,泵腔內液體和砂粒進入油管內,實現排油過程1.3技術特點采用固定柱塞運動泵筒式結構,使砂粒不能沉積在泵筒內;柱塞上裝有金屬密封環實現自動縮放以適應泵筒內徑變化,避免高溫卡泵;4mm激光割縫,能有效地將大直徑砂粒阻擋在泵外;泵內沉砂裝置可將小直徑砂粒沉降到沉砂管柱中,而不會使砂粒進入活塞和泵筒之間,能夠有效避免卡泵;防排砂管柱結構簡單,具有泵外擋砂、泵內沉砂,柱塞不易砂卡、砂埋的優點;2柔性金屬泵21結構組成柔性金屬泵在結構設計上與普通泵完全不同,它由泵筒、密封段、中心桿、壓套、浮動閥座、半球、導向塊、固定凡爾球、固定凡爾座等幾部分組成。柱塞結構采用軟密封的形式,強開強閉,能夠有效防止汽鎖,同時還具有良好的抗砂性能。

  22工作原理上沖程時,柱塞固定組件(中心桿、半球、導向塊)上行,浮動閥座與半球接觸形成多級密封,并帶動浮環組件(密封段、壓套、浮動閥座)上于,密封段與泵筒之間形成多級密封形成抽力,固定閥開啟,井液進入泵筒內柱塞下腔。

  下沖程時,柱塞固定組件(中心桿、半球、導向塊)下行,浮環組件(密封段、壓套、浮動閥座)相對上于,浮動閥座與半球離開形成通道,同時固定閥關閉,柱塞下井液通過導向塊與泵筒之間、浮動閥座與半球之間、壓套與中心桿之間的環形流道,越過單級密封單元上行,之后逐級上行進入油管內。

  23技術特點柱塞采用完全獨立的多級密封單元結構,強開強閉,具有防汽鎖功能;柱塞密封單元與中心桿及桿柱之間處于游離狀態,桿柱的偏心力作用于導向塊,由導向塊承受偏磨,可有效消除井下泵密封單元的偏磨;單級密封單元采用非接觸式彈性間隙密封,密封單元結構短,不易砂卡;在柱塞上端設計為銳角,最大限度減少沉降砂粒進入密封間隙的可能性,能夠進入密封間隙的砂的粒徑均小于或接近密封間隙值,配合柔性密封間隙,可以有效避免卡泵。

  3耐高溫陶瓷泵3.1結構組成耐高溫陶瓷泵主要由泵筒、陶瓷柱塞、進油閥、大流道高效閥等幾部分組成。

  3.2工作原理耐高溫陶瓷泵在柱塞上采用了雙閥雙保險的結構,柱塞上的雙游動閥,一組采用硬質合金閥,一組采用了陶瓷閥。采用硬質合金閥,利用其材料比重大,下降速度快,提高了出油閥關閉速度;采用陶瓷閥,利用其耐高溫、耐腐蝕和耐磨損的特點,提高泵的工作性能和工作壽命。

  3.3技術特點抗高溫耐腐蝕陶瓷柱塞采用工業陶瓷新材料作為柱塞的基體材料,在陶瓷中添加了增韌劑,提高了柱塞的強度;閥組采用大流道高效閥結構流道面積為普通泵流道的14倍,大大降低了泵的進油阻力,提高了泵的充滿系數;采用防漏雙保險結構,保證泵在上下沖程中均能實現有效的密封,防止漏失,提高泵效和泵的工作壽命;采用泵腔減壓裝置,減輕了泵腔中的汽擊和水擊現象,改善了柱塞和閥組的工作狀態,提高了泵的使用壽命。

  三、特種抽油泵使用效果分析1典型井分析齊40―9一3井為2007年投產的一口新井,該井出砂較為嚴重,熱采投產后連續下入2臺抽油泵,都生產2 ~3d后砂卡,油井不能正常生產。后下入高溫自補償式攜砂泵,油井恢復正常生產。截至目前,該井已連續工作4個月以上,表現出了極強的抗砂性能,措施前后產量對比如所示。

  1目0§圖丨齊40-9-k33井措施前后產置變化對比曲線圖藝SB -卜i(2)齊40―9一026井為先導汽驅井組內的一口生產井,泵,沖砂全部漏失,下入柔性金屬泵后正常生產,措施前后產06年5月熱采后下泵生產,生產137d后于06年9月砂卡檢量對比如所示。

  9-026并措施前后產董變化對比曲線―026井是一口汽驅高溫井,井口溫度在100°C以上。下入耐高溫陶瓷泵前采用普通泵進行生產,工作1604后泵漏檢泵,平均泵效242%下入耐高溫陶瓷泵后正常生產366d平均泵效為553%且產量十分穩定。再次檢泵作業時,對泵工作部件進行檢測,發現陶瓷柱塞磨損極小。

  2使用效果2004年以來,特種抽油泵在齊40塊汽驅組中共使用100多井次,累計增油1.3X1(ft單井同期對比減少作業85井次,累計創效100多萬元,取得了較高的經濟效益。

  現場應用試驗表明,蒸汽驅系列特種抽油泵具有結構設計新穎合理、施工工藝簡單、防砂抗卡性能好的特點,滿足了蒸汽驅生產條件下提液量大、高溫、出砂、腐蝕性強、高含氣等復雜情況的工作要求,完全適應汽驅生產舉升工藝的要求。

  四、結論通過對特種抽油泵的的研究、應用與推廣,形成了一整套先進技術,解決了泵筒、柱塞、固定閥組和游動閥組的耐腐蝕、抗高溫和防變形等技術難題,保證了抽油泵在高溫條件下不卡泵、漏失量小、耐腐蝕,在高含砂、高油氣比的條件下顯著提高泵效,延長油井的檢泵周期,使出砂嚴重的油井恢復正常生產,滿足了稠油蒸汽驅開采條件下高溫復雜環境對舉升工藝的要求。

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