小套管双腔大排量有杆泵的研究及应用*

张 雷

(中石化胜利油田分公司石油工程技术研究院)

目前，胜利油田进入开发中后期，以埕东、胜坨等油田为代表的整装、断块等中高渗油藏，近1 000口油井表现为单井产液量大、含水率高、井眼直径小等特点，整体处于“高含水、高采出程度、高剩余采油速度”的三高开发阶段，提液降耗已成为这类油田的发展趋势。随着开发年限的不断延长，受水驱影响，含水率将会越来越高，根据采油工程方案开发指标预测，单井日液将达200 m3/d以上。由于供液能力充足，为了保证开采效果，实现油井供排关系协调生产，必须提高单井产液量才能提高整个区块的采油速度和采收率。

目前中高渗油藏实现大排量举升主要有有杆泵和电泵两种举升方式。其中有杆泵举升受尺寸限制，应用最大泵径95 mm，提液只能靠提高冲次实现，影响检泵周期；电潜泵举升虽然能够满足提液要求，但是存在投入成本高、能耗大经济效益差等问题。

通过国内外文献检索对比[1-5]，双腔大排量有杆泵举升技术在国内外仍是空白，未见相同的文献报道，鉴于此，提出双腔有杆泵举升技术总体设计方案，开展配套技术研究，并通过试验验证，最终形成一套成熟的双腔大排量有杆泵举升工艺。

一、技术分析

1. 双腔大排量有杆泵举升工艺管柱

双腔大排量有杆泵举升工艺管柱主要由双腔大排量抽油泵、专用脱接装置、专用泄油器、泵下加重装置及防砂配套装置等组成，工艺管柱如图1所示，该管柱在不增大抽油泵外径条件下进一步提高排液量，从而替代传统的有杆泵和高能耗电泵，达到延长油井生产周期，降低抽油能耗的目的，满足整装、断块等中高渗油藏Ø139.7 mm套管的大排量有杆泵举升工艺要求。

其中双腔大排量抽油泵采用中间柱塞将上、下抽油泵连接，生产过程中双泵同时工作，实现大排量举升；采用泵下加重原理，使泵上杆柱始终处于受拉状态，延缓杆管偏磨，保证杆柱顺利下行；配套专用脱接器、泄油器、防砂装置，分别解决抽油杆与大直径柱塞的对接问题、大直径柱塞不能随抽油杆起出泄油的问题，并降低含砂对抽油泵的影响，提高工艺实施可靠性。

2. 关键技术

双腔大排量抽油泵通过双泵连接形成双密封腔，不增大泵径的情况下增大排量系数，实现大排量举升[6-8]。其设计思路是：满足Ø139.7 mm套管井眼内举升要求；考虑到大排量需要及套管尺寸限制，采用中间小柱塞将2个Ø95 mm泵连接，小柱塞与外管之间的环空通过小泵筒分隔为两个腔室；考虑到双腔大排量抽油泵的特殊结构会增加抽油杆下行阻力，下抽油泵采用大小柱塞并联结构；为减少进油阻力、提高泵效，上抽油泵进油阀采用环形锥阀结构，排油阀采用柱塞内部偏置阀结构。

图1 双腔大排量有杆泵举升工艺管柱结构示意图

2.1 结构及工作原理

双腔大排量抽油泵[9-10]主要由抽油杆、脱接器、上泵筒、上柱塞、上出液口、小柱塞、接箍、挡环、环形锥阀、上进液口、外管、小泵筒、上游动阀、下柱塞、下游动阀、下泵筒组成，结构见图2。

其工作原理是：利用双腔结构实现了上抽油泵和下抽油泵同进同排，在下冲程时，抽油杆下行，上腔室体积减小，压力升高，环形锥阀关闭，上出液口打开，经上柱塞通道完成井筒进液；同时下腔室体积增大，压力降低，下进油阀打开，油井液体经下进油阀流入下腔室，完成“同进”过程。上冲程时，抽油杆带动柱塞上行，完成井口排液，同时上腔室体积增大，压力降低，环形锥阀打开，油井液体经上进液口流入上腔室；下腔室体积减小，压力升高，下进油阀关闭，下出油阀打开，通过小柱塞通道、上柱塞通道排液，完成“同排”过程。

2.2 技术参数

根据抽油泵的理论排量计算公式[11]，得出双腔大排量抽油泵的技术参数。

排量系数：16；最大外径：114 mm；理论排量(按冲程6 m,冲次2次/min计算):192 m3/d。可以看出，双腔大排量抽油泵相当于1个Ø120 mm大排量抽油泵，能够实现大排量提液的技术指标。

图2 双腔大排量抽油泵结构示意图

2.3 技术特点

(1)具有双腔结构，两腔室同时完成进液和排液，可以实现大排量举升。

(2)上抽油泵进油阀采用环形锥阀结构，排油阀采用柱塞内部偏置阀结构，缩短进油流道，减小进油阻力，提高泵效。

(3)下抽油泵采用大小柱塞串联结构，增加杆柱下行动力，避免光杆缓下。

3. 主要配套工具

3.1 撞击式泄油器

撞击式泄油器[12-13]主要由释放器、上接头、弹簧、释放头、挡圈、外套、衬套、垫圈、销钉、下接头组成，结构见图3。当需要泄油时，通过接一定重量的抽油杆投入油管内, 释放头压缩弹簧沿油管下行，到达衬套位置时弹簧弹开，释放头沿衬套轨道继续下行，在抽油杆重量作用下打断销钉，露出泄油孔联通油套管后实现泄油。该泄油器安装于抽油泵上，在现场安装时不需要拆卸抽油泵，因此，该泄油器使用方便，不会使抽油泵产生余隙，不会影响抽油泵泵效。

3.2 防砂配套装置

防砂配套装置由皮碗封、出液接头、精密滤砂管等组成，结构见图4。含砂油液通过精密滤砂管进泵，减少进入抽油泵液体的含砂量，采用皮碗封结构，保证进入上、下泵油液均能滤砂，结构简单，滤砂效率高，解决了地层出砂卡泵的问题。

图3 撞击式泄油器结构示意图

图4 防砂配套装置结构示意图

二、现场应用

为了全面验证小套管双腔大排量有杆泵举升技术的整体性能，截止目前，在胜利油田桩西、孤东进行了11口井的现场试验，其中有杆泵井实施9井次，单井平均日增液51.2%(相同生产参数下)，平均日增油0.8 t，累计增油1 013.9 t；替代电泵井2井次，平均节省成本28.7%，平均节电率75.2%，经济效益明显。

典型井例分析：桩1-22井作业前采用Ø95 mm抽油泵生产，生产参数：3 m×6 min-1，根据桩1-22井基础资料及生产简况，进行了小套管双腔泵提液设计，初期生产参数：3 m×6 min-1，目前生产参数：3 m×5.3 min-1，产液量为193.5 m3/d，泵效达75.8%。相比常规有杆泵在生产参数变小的情况下，日产液增加近48.7 t，折合同参数下日增液达51.3%，有效提高了有杆泵产液量，同时也减少了管杆偏磨次数，延长了管杆的使用寿命。

三、结论

(1)通过对双腔大排量抽油泵、杆柱增力下行、工艺参数优化及配套泄油、防砂等关键技术研究，形成了适应Ø139.7 mm套管排量系数16的小套管双腔大排量有杆泵举升技术，解决了常规有杆泵排量不足、电潜泵能耗高等问题。

(2)创新设计了双腔大排量有杆泵，利用双腔结构实现了上抽油泵和下抽油泵同进同排，理论排量达192 m3/d(按冲程6 m,冲次2次/min计算)。

(3)现场试验结果验证了技术方案的可行性和现场应用的可靠性，增油节电效果明显，在中高渗油藏具有广阔的应用前景。