注氣防垢泵的研制及應用

夏新躍，田 云，田 景，王磊磊

（1中國石油化工股份有限公司西北油田分公司2中國石油集團東北煉化工程有限公司葫蘆島設計院）

夏新躍等.注氣防垢泵的研制及應用.鉆采工藝，2019，42（5）：108-109

塔河油田為非均質性極強的奧陶系縫洞型碳酸鹽巖油藏，由于油質稠，采用套管摻入稀油方式進行降黏生產［1-4］。為有效解決稠油上返無法正注的難題，選用抽稠泵作為有桿泵生產的主要方式［5］。隨著氮氣替油成為油田增產的重要方式［6-11］，現有抽稠泵在注氮氣過程中存在一定不適應性，主要表現為注氮氣后抽油桿無法順利下放［12］，增大了檢泵風險，嚴重影響生產時效和采油成本，為此，需完善現有抽稠泵結構，提高適應能力。

一、技術分析

現場一般采用油管正注氮氣替油的方案，以避免套管損壞。馬德昌［5］闡述了抽稠泵的工作原理，抽稠泵泵筒直接連接油管，柱塞直接連接抽油桿，為確保油管暢通，一般提出2根抽油桿，使柱塞脫離泵筒，實現油管正注氮氣。由于采油廠使用抽稠泵為5級間隙（0.125 mm），柱塞表面或者泵筒內壁發生輕微腐蝕結垢就會嚴重阻礙柱塞順利下入泵筒，影響抽稠泵正常生產。唐海飛等人［12］分析了注氮氣造成結垢的主要原因，由于現場工藝條件限制，難以保證注氮氣期間不形成腐蝕結垢物，基于抽稠泵柱塞與泵筒間隙小，一旦柱塞或泵筒附著結垢物，柱塞難以下入泵筒的問題，設計了注氣防垢泵。

二、注氣防垢泵

1.結構

注氣防垢泵結構如圖1所示，該泵由上、下兩支不同泵徑的抽油泵串聯而成，上部為大泵，下部為小泵，上下泵均采用長柱塞泵筒結構，在上泵筒上部開設注氣孔，在上泵筒外部設計存垢空間，在柱塞上部和泵筒下部設計刮垢環，實現抽稠泵注氮氣后正常生產。

圖1 注氣防垢泵結構示意圖

2.工作原理

工作時，柱塞總成隨抽油桿一起往復運動，上沖程時，出油閥受油管內液柱壓力作用而關閉，下柱塞與上泵筒之間的環形腔體積增大，壓力降低，進油閥在沉沒壓力的作用下打開，油液通過下柱塞內腔進入環形腔內；下沖程時，環形腔內體積減小，壓力增大，進油閥關閉，出油閥打開，環形腔內油液通過上柱塞內腔進入泵上油管內。此時，下柱塞上端承受油管液柱的壓力，下端是油井沉沒度壓力，在壓差作用下，下柱塞產生向下的液壓反饋力，拉動抽油桿柱下行，有效克服桿柱下行時稠油的黏滯阻力，從而保證抽油桿與抽油機同步運行。當油井需要注氣作業時，將抽油桿柱下放到底，形成碰泵，此時，上柱塞沉入到上泵筒下部，注氣孔與泵上油管連通，泵上下貫通，形成注氣和正洗井通道，即可注氣作業。注氣完畢，上提柱塞，使其封住注氣孔，就可恢復正常生產（見圖1）。

3.技術優勢

注氣防垢泵集成了現有抽稠泵的特點，適合應用于稠油注氮氣井中，主要優勢體現在：

（1）減少注氮氣時氣、水直接作用在柱塞、泵筒表面。優化設計的注氣孔位于上泵筒上部0.5 m處，注氣孔面積31 mm2，注氣通道內徑110 mm，有效保證注氣通道暢通；通過引入注氣孔，實現注氣時，泵筒總成與柱塞總成封閉，混注液不再從泵筒內部通過，而是經注氣孔，從泵筒外壁與過橋管內壁間的注氣通道通過。

（2）減少注氮氣時柱塞、泵筒腐蝕結垢或附著垢物。注氮氣時柱塞完全位于泵筒內，可以實現：①降低氣、水腐蝕柱塞、泵筒程度，減少結垢發生；②降低油管、抽油桿的結垢物附著在柱塞、泵筒表面。

（3）減少柱塞難以放入泵筒及卡泵風險。注氣防垢泵直接將柱塞放入泵筒，正常生產時只需將柱塞上提，減少柱塞放入泵筒難度；為進一步清理部分未受保護的柱塞、泵筒的結垢物質，設計刮垢環及存垢空間，即上提柱塞時上部刮垢環可清理注氣期間附著在上泵筒內壁上的垢物，推入到上泵筒外部存垢空間；同時，下部刮垢環可清理下柱塞外壁上附著垢物，使其掉入泵下油管內，防止卡泵發生。

（4）減少作業費用及生產影響。注氣防垢泵可實現柱塞順利進入泵筒，減少因柱塞難以進入泵筒形成檢泵作業；同時提高生產時效，及時進行抽稠泵生產，減少產量損失。

4.技術指標

?70／44注氣防垢泵泵常數為3.35 m3／d，泵體最大外徑116 mm，最大下泵深度2 800 m。

三、現場應用

TH121XX井為塔河油田一口開發井，累計生產稠油3.5×104t，注水替油效果變差，日產液51 t，含水90%，日摻稀16 t，為提高開采效益，實施注氮氣替油生產。

2018年3月組下注氣防垢泵配合注氮氣工藝，管柱結構：絲堵+油管×2根+篩管×10根+?88.9 mm油管×80根+變扣+70／44注氣防垢泵+?88.9 mm油管×2 000 m+雙公短節+油管掛，柱塞下放至泵筒直接注氮氣。注氮氣80×104m3后燜井19 d，開井泄壓后主動上提柱塞0.9 m，順利實現防垢泵正常生產，初期工作制度3.4 m×3 m／min，日產油14 t，含水0，日摻稀8 t，已平穩運行70 d，有效避免抽稠泵下放柱塞困難導致無法正常生產的風險，TH121XX井注氮氣生產前后對比見表1。

表1 TH121XX井注氮氣生產前后對比表

四、結論

（1）現有抽稠泵在注氮氣期間易產生結垢物質，柱塞下放困難影響生產時效，需要檢泵恢復生產，增加采油成本。

（2）注氣防垢泵結構簡單，具有注氣、生產獨立通道，實現注氮氣期間柱塞置于泵筒內，不直接腐蝕柱塞、泵筒，消除柱塞下放泵筒失敗風險。

（3）注氣防垢泵解決了注氮氣結垢無法正常生產的問題，但由于注氣孔位于泵筒上部，需要合理調整防沖距，一般碰泵后上提柱塞0.9～1.4 m，否則會影響泵效。