抽油泵固定閥故障治理的對策

張海東，趙見平，馬存德，高興旺，李 濤

（長慶油田第三采油廠，陜西 延安 717507）

一、前言

抽油泵是有桿泵采油系統(tǒng)的三大設(shè)備之一，泵效是衡量油田開發(fā)水平和管理水平的重要指標(biāo)。長慶油田第三采油廠虎狼峁作業(yè)區(qū)正常開井452口，平均單井日產(chǎn)液2.6m3，日產(chǎn)油1.2t，含水48.6%，平均泵掛深度1 562m，沉沒度85m，全部采用有桿泵采油。2010年1月平均泵效30.1%，其中平均沉沒度115m的井有73口，泵效只有23%。而這類井大部分日產(chǎn)液量低，功圖顯示供液不足。從理論上分析，當(dāng)沉沒度達(dá)到7m時，就能克服流體進(jìn)泵的沿程阻力損失，達(dá)到100%的泵效，而實際上卻并非如此。

二、影響泵效因素分析

影響泵效的因素有很多，如沖程損失、泵漏、生產(chǎn)參數(shù)等。一般認(rèn)為對于特定油井在泵況正常的情況下，泵效主要受氣體和固定閥關(guān)閉遲緩的影響。

1.氣體影響

(1)游離氣。抽油井深井泵筒內(nèi)壓力常會低于原油飽和壓力，抽汲時氣液兩相同時進(jìn)泵，氣體占據(jù)泵筒的部分容積而使泵效降低。

(2)溶解氣?；钊闲?，油、氣、水三相進(jìn)泵過程中會產(chǎn)生A、B、C等3個低壓區(qū)(見圖1)。導(dǎo)致原油中的溶解氣在此進(jìn)行分離，最終會在B、C區(qū)形成2個低壓區(qū)，使氣體能夠充分和原油分離。

以柳136-13井為例，油藏條件下其原油的溶解油氣比為52標(biāo)m3/m3，泵徑r=32mm，沖程S=2.4m，沖次n=3.5r/min，原油含水為71%。2009年11月20日測得泵的沉沒度為142m，套壓為0.1MPa，泵效為12.4%。

泵掛深處流體的溫度取51℃。當(dāng)活塞上行時，進(jìn)泵原油的體積V油為：

圖1 溶解氣影響示意圖

進(jìn)泵原油在泵的沉沒度條件下能分離出的氣體體積為：

根據(jù)克拉伯龍方程知，V氣標(biāo)在泵腔的氣體體積為：

式中：P標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力，0.1MPa；

T標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度，0℃；

V標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，m3；

P泵——泵在沉沒條件下的外部壓力(P泵=ρgh+P套=(0.71+0.29×0.745)×1 000×9.8×142+0.1=1.389MPa)，MPa；

T泵——泵在沉沒條件下的外部溫度，℃；

L——有效沖程，m；

V氣腔——泵在沉沒條件下溶解氣的體積，m3。

氣腔所占的最大體積為0.159πr2l，即假設(shè)流體全部充滿泵腔、原油的氣體全部從原油中逸出，只能占據(jù)整個泵腔體積的15.9%。

2.泵腔內(nèi)原油的氣蝕效應(yīng)

在抽油泵的沉沒條件下，因高壓和相對較高的溫度以及原油本身成分的復(fù)雜性，一旦壓力突然下降，導(dǎo)致原油發(fā)生強(qiáng)烈的氣蝕作用，由原來條件下的液相轉(zhuǎn)化為氣相，氣蝕產(chǎn)物(C6H14等)占據(jù)泵腔內(nèi)大量的有效空間。隨著井深的增加，氣蝕效應(yīng)隨之加強(qiáng)。

氣蝕產(chǎn)物與溶解氣的區(qū)別是：原油氣蝕產(chǎn)物指原油成分中沸點在一定范圍的烴類，在油井條件下處于過飽和狀態(tài)，一旦壓力變小這些烴類立即成霧狀占領(lǐng)低壓區(qū)，形成油霧。這些形成油霧的烴類分子之間的吸引力較大，一般是多個烴類分子成團(tuán)狀結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。

溶解氣指含氣原油在壓力變小時，碳鏈長度較小的烴類掙脫長鏈烴類分子的束縛進(jìn)入低壓空間，一般呈單個分子態(tài)存在。

3.固定閥關(guān)閉滯后

下行時，泵腔內(nèi)體積變小，壓力升高，固定閥關(guān)閉，游動閥打開排液。當(dāng)固定閥球跳動過高出現(xiàn)回座滯后時，泵內(nèi)部分液體將漏失，造成泵效偏低。

根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因固定閥來不及關(guān)閉對泵效造成的影響只有12%，與氣體的影響合計占據(jù)泵腔體積的27.9%。分析發(fā)現(xiàn)，泵腔內(nèi)還有25%左右的有效空間被原油氣蝕效應(yīng)產(chǎn)生的油霧所占據(jù)。

根據(jù)以上分析知道，對一口特定的油井，若泵掛深度一定時，溶解氣的逸出率、原油中氣蝕成分的氣蝕率、因閥來不及關(guān)閉而造成的漏失率是影響泵效的主要因素。通過對抽油泵的工藝結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，減小三者的值、提高抽油泵效，要從抽油泵的固定閥罩上去解決。

三、固定閥最佳跳動高度的確定

從現(xiàn)有閥罩的結(jié)構(gòu)(圖2)看，固定閥球心移動的距離為39mm，閥球運動的距離較大，必然造成兩方面不利影響：(1)上行時為原油中的溶解氣逸出和氣蝕的效果加強(qiáng)提供了有利條件；(2)下行時導(dǎo)致因閥球來不及關(guān)閉而造成的原油漏失率增大。

分析認(rèn)為，球移動后形成的最小過流面積和固定閥座的橫截面積相等時，固定閥球心移動的距離是最佳的，設(shè)圖2中P點到球心O2的距離為L，則存在如下關(guān)系：

即L=24.2mm。

由于固定閥球坐于固定閥罩上時，球心在過P點的垂直截面上，那么從O1到O2的距離為X，則X2+212=24.22，那么X=12.03mm。考慮加工精度的問題，X取12mm。根據(jù)以上計算結(jié)果，將抽油泵固定閥罩進(jìn)行改進(jìn)，跳動高度由39mm降為12mm，現(xiàn)場應(yīng)用后取得了明顯效果。

另外，針對固定總成上下接頭密封面頻繁刺漏而導(dǎo)致固漏的問題，在閥座上下密封面各添加一只1mm厚紫銅墊并涂厭氧膠使其有效結(jié)合(圖3)，由于紫銅墊塑性較好，固定總成上下接頭在上緊時紫銅墊子發(fā)生塑性變形，填補了上下密封面因工藝精度難以實現(xiàn)充分壓實而留下的間隙，杜絕了密封面上的過流、腐蝕和刺漏，同時，針對六孔或四孔閥罩因過流面積小容易被垢砂堵塞的情況，將閥罩改進(jìn)成空心閥罩(圖4)。

四、現(xiàn)場應(yīng)用

自2010年以來，改進(jìn)固定總成下井156套，取得了顯著的效果(見表1)。

表1 改進(jìn)抽油泵固定總成使用效果統(tǒng)計

圖2 固定閥罩示意圖

下面通過3口井的應(yīng)用實例說明使用效果。

1.柳128-16井

柳128-16井泵掛深度1 677m，動液面1 532m，泵徑32mm，泵效只有14.3%，氣油比69m3/t，功圖反映供液不足。2010年2月3日檢泵下入改進(jìn)固定閥，功圖顯示充滿度變好，使用效果見表2和圖5。

表2

圖5 柳128-16日生產(chǎn)曲線

2.柳136-17井

柳136-17井泵掛深度1 554m，動液面1 431m，泵徑32mm，泵效只有24.7%，氣油比65m3/t，功圖反映供液不足。2010年2月7日檢泵下入改進(jìn)固定閥，功圖顯示充滿度明顯變好，使用效果見表3和圖6。

表3

圖6 柳136-17日生產(chǎn)曲線

3.柳127-26井

柳127-26井泵掛深度1 796m，動液面1 701m，泵徑32mm，泵效只有10.2%，氣油比74m3/t，功圖反映供液不足。2010年2月6日檢泵下入改進(jìn)固定閥，功圖顯示充滿度明顯變好，使用效果見表4和圖7。

表4

圖7 柳127-26日生產(chǎn)曲線

五、建議

鑒于目前閥座與壓緊接頭密封面刺漏多的情況，可以嘗試將閥座與下接頭采用一種工藝使其結(jié)合成一個整體，徹底杜絕此處的刺漏，或是在閥座上下平面加工凸臺，在閥罩和下接頭密封面上加工凹槽，改變平面密封為曲面密封，提高密封可靠性。