动筒式分采抽油泵研制与应用

朱洪征，牛彩云，赵晓伟，李大建，吕亿明，王 百

（1.长庆油田分公司 油气工艺研究院，西安710021；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710021）

动筒式分采抽油泵研制与应用

朱洪征1，2，牛彩云1，2，赵晓伟1，2，李大建1，2，吕亿明1，2，王 百1，2

（1.长庆油田分公司 油气工艺研究院，西安710021；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710021）

为克服层间矛盾，提高多层系油藏的开发效果，国内已研制出针对有杆抽油系统的多种分层采油工具，并研制了一系列的分采工艺管柱。由于结构及连接方式的限制，常规分采抽油泵的结构长，坐封后易弯曲，影响分采效果和检泵周期。因此，设计了动筒式分采抽油泵，上泵的柱塞作为下泵的泵筒，利用上下（内外）泵之间的环空完成进液、排液，减少了泵的长度。现场试验取得了良好的分采效果。

抽油泵；分层采油；动筒式；结构

多油层叠合开发区块由于储层的非均质性、隔夹层不连续，地层能量补充不均，层间压力、物性差异，导致产层间存在不同程度干扰，油井笼统合采产量远小于单层产量之和，部分油井甚至发生倒灌现象。目前采用分采抽油泵进行分层采油，是消除合采油井层间干扰的主要方式之一。由于结构及连接方式的限制，传统分采抽油泵都为多球阀的细长结构，在封隔器坐封力的影响下很容易弯曲变形，导致泵效下降，严重的会造成卡泵、不能正常工作。另外，不方便现场施工操作及运输。

针对上述问题，研制了动筒式分采抽油泵，使泵体长度明显缩短。其结构简单、适应性强、成本低，现场试验取得了良好的分采效果。为油田多层系开发区块分层采油提供了新的技术手段。

1 结构

动筒式分采抽油泵由整体动筒式柱塞和外泵筒组成，结构如图1。该泵的内泵（下泵）柱塞固定，泵筒为外泵（上泵）的柱塞。采用分流阀桥式双进液通道双向进液，确保两层（段）内的气液混合液沿各自的通道流动，互不干扰。外泵（上泵）利用储气筒，有效解决了下部油层的气锁问题，提高了泵效，同时起到扶正泵体的作用。

图1 动筒式分采抽油泵结构示意

1.1 分流阀

分流阀由阀球与阀罩、阀座接头、分流通道组合而成，连接在内泵活塞的下端，开有侧孔和中心连接孔，是内外泵的液流通道。该分流阀为双流道桥式结构，使内泵和外泵吸入的液体在此互不干扰的排出，具有流道大，液流阻力小的特点。

1.2 储气筒

储气筒位于外泵上端，泵筒的开孔段长度小于上柱塞的长度，当柱塞总成在上死点时，进入外泵（上泵）腔的气体进入气筒内；当柱塞总成在下死点时，进入气筒内的气体排出进入油管，从而实现了气体的排出，避免了气锁。有效解决了下部油层气锁问题，提高了泵效。

1.3 整体动筒式柱塞

整体动筒式柱塞既是外泵（上泵）的柱塞又是内泵（下泵）的泵筒，利用内外泵之间的环空完成进排液，使该泵的长度明显变短。

2 工作原理

利用封隔器将具有稳定隔层的2个油层（或层段）分成相互独立的2个采油系统。动筒式分采抽油泵与封隔器配合使用，将固定阀的吸入口分开。

整体动筒式柱塞既是外泵（上泵）的柱塞也是内泵（下泵）的泵筒，上冲程时整体动筒式柱塞随抽油杆柱向上运动，外泵（上泵）筒与加长杆之间的容积变大，压力降低，固定阀打开，下层气体进入储气筒。同时，整体动筒式柱塞的内腔容积也变大，压力降低，固定阀打开，两层泵各自完成吸液；下冲程时整体动筒式柱塞随抽油杆一起向下运动，两腔内容积变小，压力变大，下游动阀和上游动阀打开，储气筒内气体进 入油管内，完成排液过程。工作原理如图2。

图2 动筒式分采抽油泵工作原理

3 理论计算

动筒式分采抽油泵已在油田形成系列，型号主要包括ø57-44、ø57-38、ø44-32、ø38-28等。主要技术参数如表1。

表1 动筒式分采抽油泵主要技术参数

3.1 排量

由于动筒式分采抽油泵为外泵（上泵）和内泵（下泵）两泵组合起来的，其理论排量应为内、外泵的排量之和。即：

式中：Q1为泵的理论排量，m3／d；Q2为外泵（上泵）的理论排量，m3／d；Q3为内泵（下泵）的理论排量，m3／d。

外泵（上泵）吸油腔的截面积为上、下柱塞截面积之差，故上泵排量为

式中：A1为外泵（上泵）柱塞的横截面积，m2；A2为内泵（下泵）柱塞的横截面积，m2；S为泵的冲程长度，m；n为冲次，min－1。

内泵（下泵）为普通泵，理论排量为Q3＝1 440 A2Sn

泵总的理论排量为

该式说明动筒式分采抽油泵理论排量相当于同泵径（外泵）常规抽油泵的理论排量值。

3.2 液柱载荷

参照图3分析动筒式分采抽油泵静液柱载荷。

设图3中A、B、C 3处的静液柱压力为pa、pb、pc。在上冲程时，总排液阀、分流阀、下游动阀均关闭，环形阀、固定阀打开，忽略液体通过环形阀和固定阀的阻力损失以及下游动阀与总排液阀之间的液柱高度，根据水静力学原理，可以得出作用在下泵（内泵）活塞底部和内、外泵活塞环形面积上的静液柱载荷为

式中：F1为内泵（下泵）活塞底部作用的静液柱载荷，N；F2为内、外泵活塞环形面积上的静液柱载荷，N。

则总的液柱载荷为

式中：F为总液柱载荷，N。

假设pc＝pb＝p0

则F＝（pa－po）A1

该式说明动筒式分采抽油泵液柱载荷等于同泵径（外泵）常规抽油泵的静液柱载荷。

图3 分采管柱示意

4 现场应用情况

截止2013-10，动筒式分采抽油泵共在长庆油田应用了5口井，成功率100%，效果显著。以旗X井为例，2013-07-25成功开展了动筒式分采抽油泵两层分采工艺现场试验，分采后低压层得到有效释放，日产液由2.25 m3提高到3.12 m3，最高日增油1.88 t，日均增油0.67 t，有效期已超100 d，取得了良好的分层采油效果。生产曲线如图4所示。

图4 旗X井分采效果对比曲线

5 结论

1） 动筒式分采抽油泵采用动筒式柱塞，该柱塞既是外泵（上泵）的柱塞，又是内泵（下泵）的泵筒，利用内外泵间环空完成进排液，使泵的长度明显变短。相对于其他分采泵，不仅方便了施工与运输，同时泵筒在坐封力作用下不容易弯曲，提高了分采效果和检泵周期。

2） 现场试验表明动筒式分采抽油泵能够有效消除层间干扰矛盾，释放被抑制产层潜能，达到有效提高单井产量的目的。

［1］ 吕亿明，曾亚勤，张军，等.防气分采抽油泵研制与应用［J］.石油矿场机械，2012，41（9）：72-75.

［2］ 吴非，黄剑华，罗恩勇.锚定式杆式抽油泵的研制与现场应用［J］.石油矿场机械，2011，40（2）：73-75.

［3］ 郭伟，于振东.两层分采同步抽油技术研究与应用［J］.石油钻采工艺，2001，23（1）：60-62.

［4］ 李大建，牛彩云，何淼，等.防气式分采泵分层采油技术在长庆油田的应用［J］.石油钻采工艺，2012，34（5）：68-69.

［5］ 朱洪征，姬园，吕旭，等.分层采油工艺管柱受力分析及优化［J］.石油矿场机械，2011，40（8）：39-42.

Develop ment and Application of Mobile Pump Barrel and Selective Product Pump

ZHU Hong-zheng1，2，NIU Cai-yun1，2，ZHAO Xiao-wei1，2，LI Da-jian1，2，LV Yi-ming1，2，WANG Bai1，2
（1.Oil&Gas Technology Research Institute，Changqing Oil f iel d Company，Xi’an 710021，China；2.National Engineering Labor ator y f or Explor ation and Develop ment of Low-Per meability Oil&Gas Fiel ds，Xi’an 710021，China）

In or der to overcome inter-for mational contradiction，i mprove the develop ment effect of multilayer，The multi media separate layer recover y tools about system f or rod pu mping has been researched，and f or med a series of selective mining process pipe colu mn.But because of the str ucture and connection way li mit，conventional selective mining oil pu mp has t he l ong co mposition to create bent easily after sitting，affect the effect of selective mining and pu mp inspection cycle.Theref ore，t he mobile pu mp barrel and selectively product pu mp was developed，t he first pu mp plunger as the second pu mp barrel，and utilize the annular space bet ween the first pu mp and the second pu mp to inco ming liquid unl oad liquid，decrease t he lengt h of pu mp.The fiel d application achieved favorable selective mining effect.

oil pu mp；separate layer recover y；mobile pu mp barrel；str uct ure

TE933.303

B

1001-3482（2014）06-0062-04

2013-11-15

朱洪征（1981-），男，陕西蓝田人，工程师，硕士，2011年毕业于西安石油大学，主要从事采油工艺研究，E-mail：zhz10_cq＠petrochina.co m.cn。