鋼骨架結(jié)構(gòu)膠管提撈采油抽子設(shè)計(jì)與應(yīng)用

梁宏寶，王 巖，梁宇寧，牟維海

開發(fā)應(yīng)用

鋼骨架結(jié)構(gòu)膠管提撈采油抽子設(shè)計(jì)與應(yīng)用

梁宏寶1a，王 巖1a，梁宇寧1b，牟維海2

（1.東北石油大學(xué)a.機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院；b.石油工程學(xué)院，黑龍江 大慶163318；2.吉林油田 采油工藝研究院，吉林 松原138000）

針對(duì)現(xiàn)役提撈抽油機(jī)常規(guī)提撈抽子存在的膠筒耐磨性能差、膠管密封性能差、撈油時(shí)漏失率大等問題，設(shè)計(jì)了一種新型鋼骨架膠管結(jié)構(gòu)撈油抽子，介紹了其結(jié)構(gòu)及工作原理。現(xiàn)場應(yīng)用表明：該新型抽子具有提撈效率高、壽命長的特點(diǎn)，可在油田應(yīng)用推廣。

提撈抽子；膠管；密封

近幾年，提撈技術(shù)得以快速發(fā)展，提撈式抽油機(jī)在現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)具有靈活性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性好等特點(diǎn)，是滲透率低［1-2］、產(chǎn)量低、不易用常規(guī)抽油機(jī)的單井、遠(yuǎn)井等油井常用的采油設(shè)備。提撈技術(shù)的應(yīng)用更是大幅提高了原油開采效率［3］，降低了采油成本。

1 傳統(tǒng)抽子存在的問題

在實(shí)際應(yīng)用中，提撈抽子暴露出許多應(yīng)用缺陷［4］。常規(guī)抽子密封性差造成撈油漏失量較大，提撈采油效率［5］降低，密封膠管壽命短，現(xiàn)場停機(jī)換取膠管過程繁瑣、費(fèi)時(shí)［6］。本文對(duì)油田采油常規(guī)提撈抽子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，其密封性得以提高，漏失量降低，并延長了抽子的使用壽命。

2 新型提撈抽子結(jié)構(gòu)及原理

2.1 主要結(jié)構(gòu)

新型鋼骨架提撈抽子主要由上接頭、開槽螺母、中心桿、鋼座硫化膠套、連接套、圓柱端緊定螺釘、下接頭、圓柱端緊定螺釘和下接頭等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 新型提撈抽子結(jié)構(gòu)

與常規(guī)采油抽子相比，本新型提撈抽子結(jié)構(gòu)和原理都有很大不同，膠管設(shè)計(jì)與常規(guī)抽子大不相同。新設(shè)計(jì)的膠管利用鋼托為底座，將柔性鋼絲按照?qǐng)D形插到鋼托上，最后用橡膠硫化成型（如圖2）。這樣，在保證膠管在受壓膨脹的同時(shí)也提高了膠管韌性，鋼絲外側(cè)有一小部分露在外面的也提高了抗摩擦能力，提高了膠管的使用壽命。

圖2 鋼骨架結(jié)構(gòu)膠管現(xiàn)場應(yīng)用照片

取消了常規(guī)提撈抽子采用的鋼球與球座配合的密封形式，防止因鋼球或球座磨損后，或者在二者之間有污垢被墊起時(shí)，造成泄漏甚至不能進(jìn)行正常提撈工作。把中心管設(shè)計(jì)成了帶有3個(gè)溝槽的中心桿，抽子下沉?xí)r原油便通過中心桿的溝槽進(jìn)入膠筒內(nèi)。

在抽子上提時(shí)，由于膠管內(nèi)油壓力的變化，使得鋼骨架結(jié)構(gòu)膠管向外膨脹與油管形成密封。新膠管與連接套連接到一起形成1個(gè)密封滑動(dòng)組合。在抽子的下接頭端面設(shè)有卸力傾斜面，并設(shè)計(jì)有銷釘孔，配用直徑為6 mm的35號(hào)鋼剪切銷釘。每個(gè)銷釘?shù)募魯嗔蛇_(dá)到12.2 k N，亦可根據(jù)需要確定均勻分布銷釘?shù)臄?shù)量，當(dāng)抽子遇卡或者提撈力過大時(shí)，便可以剪斷剪切銷釘，對(duì)抽子和鋼絲繩起保護(hù)作用。

2.2 工作原理

2.2.1 上行程

抽子上提時(shí)，膠筒（滑動(dòng)組合）移向下方到下接頭的臺(tái)階處，將中心桿的溝槽密封住，液體即已保存在膠管與中心桿的溝槽內(nèi)。由于存在膠管內(nèi)外壓差的作用，使得新型鋼骨架膠管膨脹與套管內(nèi)壁形成密封，這樣便把原油提撈到地面。如此反復(fù)，原油便被不斷地被提撈到地面。

2.2.2 下行程

當(dāng)抽子下放時(shí)，抽子整體外徑略小于套管內(nèi)壁，實(shí)現(xiàn)在下放時(shí)無摩擦順利下放。當(dāng)抽子接觸到液面時(shí)，膠筒（滑動(dòng)組合）移動(dòng)到開槽螺母處，膠筒上下均露出中心桿的溝槽，形成泄油通道，使裝置順利下行。等達(dá)到一定的沉沒度時(shí)，油液將通過中心桿上的3個(gè)長溝槽迅速充滿整個(gè)膠筒，即可以進(jìn)行提撈作業(yè)。

2.3 密封原理

抽子膠管在最初安裝時(shí)并無預(yù)先壓縮量，安裝成型的抽子下井時(shí)鋼骨架膠管與油管內(nèi)壁之間存有縫隙，由于縫隙的存在使抽子在工作上提時(shí)膠管內(nèi)會(huì)充滿原油，內(nèi)側(cè)的壓力變得大于外側(cè)整個(gè)密封組合，在液體壓力作用下膨脹。當(dāng)壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，鋼骨架膠管克服自身彈性使得與油管間隙逐漸變小，最后緊貼油管內(nèi)壁進(jìn)而形成密封。

3 新型抽子性能特點(diǎn)

1） 密封性能好，新抽子的漏失量得以變低。常規(guī)抽子主要依靠提高零件加工精度和減小膠管與油管間縫隙來減少漏失量，但隨著壓力的增大漏失量在不斷增大。新型抽子利用在上提時(shí)膠管的內(nèi)外壓差使彈性鋼骨架膠管膨脹，膨脹后的膠管與套管的內(nèi)壁形成良好密封，且隨著壓力的增大密封性能會(huì)更好，漏失量減小量便越大。

2） 膠筒壽命延長。新設(shè)計(jì)的膠筒利用橡膠配合鋼骨架結(jié)構(gòu)硫化而成，膨脹性好，在下沖程時(shí)能實(shí)現(xiàn)順利迅速下放，鋼骨架結(jié)構(gòu)插放在膠管下方的鋼托，提高了橡膠的抗拉強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度、耐沖擊性及耐磨性低端的強(qiáng)度，從而進(jìn)一步提高了膠筒的壽命。

3） 現(xiàn)場應(yīng)用方便。新型抽子的上下接頭均采用圓球形的接頭，與鋼絲繩連接時(shí)可自由旋轉(zhuǎn)，避免鋼絲繩的扭力給撈油抽子造成的松扣和磨損，并可以快速連接安裝，方便拆卸。

4） 自動(dòng)過載保護(hù)。在用該抽子撈油過程中，如出現(xiàn)過載或遇卡，當(dāng)達(dá)到一定程度，安全連接銷即可被剪斷，保護(hù)了提撈鋼絲繩，保證提撈動(dòng)力系統(tǒng)在工作時(shí)安全可靠性，避免了井下事故以及鋼絲繩拉斷造成事故。

4 結(jié)論

1） 新型高效長壽命提撈抽子運(yùn)行穩(wěn)定，采用的鋼骨架結(jié)構(gòu)膠管密封性能更好，每次提撈漏失量降低18%左右，從而大幅提高了提撈機(jī)撈油效率。

2） 新型鋼骨架結(jié)構(gòu)膠筒的壽命得到大幅度延長，減少了現(xiàn)場膠筒更換次數(shù)，降低了現(xiàn)場工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了提撈采油的生產(chǎn)效率，證明了利用基于鋼骨架結(jié)構(gòu)膠管的新型抽子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

3） 自投入吉林油田現(xiàn)場使用之后，受到了用戶的肯定。

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Design and Application Based on the Steel Frame Sebific Duct of Bailing Oil Production

LIANG Hong-bao1a，WANG Yan1a，LIANG Yu-ning1b，MU Wei-hai2
（1.a.College of Mechanical Science and Engineering；b.College of Petroleum Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China；2.Oil Production Technology Research Institute，Jilin Oilfield Company，Songyuan 138000，China）

To the questions of active bailing pumping unit′s conventional bailing swab，rubber tube wear-resisting performance is poor，sealing performance is poor too，and crude oil leak rate is large during the oil operations and so on.This paper introduces the structure and working principle of a late-model swab with high efficiency，long-lived characteristics.The test results and site application in the Jilin oilfield show that the new swab can be widely used and promotion in oilfield.

bailing swab；sebific duct；hermetic sealing

TE933

A

1001-3482（2014）03-0067-03

2013-09-10

黑龍江省教育廳2013年度科學(xué)技術(shù)研究資助項(xiàng)目（12531071）

梁宏寶（1966-），男，黑龍江蘭西人，教授，博士，主要從事石油機(jī)械及油田節(jié)能研究。