抽油泵防卡裝置研究與應用

高超

摘要：歡東-雙稀油大部分區(qū)塊已進入開發(fā)中后期，生產周期短，檢泵頻繁，井卡檢泵占檢泵總數的13.7%。通過卡泵原因分析及機理研究，設計應用了抽油泵防卡裝置，形成了一套完整的現場應用方案。現場應用85井次，措施有效率80.3%，平均延長檢泵周期166天，最高延長697天，有效地減少了稀油卡井數，延長了油井檢泵周期，降低了作業(yè)頻率，增加了油井開采時率，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：稀油，卡泵，防卡裝置，開合器

1卡泵原因分析

油井卡泵的原因很多，除結蠟和抽油泵質量原因主要有以下幾個方面。

1.1鐵屑卡泵

有桿泵井在生產和修井作業(yè)時，管桿之間產生摩擦，尤其是井斜大、拐點多的油井，會產生大量的鐵屑;另外，當油井所用油管和抽油桿為修舊利用的情況下，一是清洗不完全，表面殘留著銹皮，生產時部分隨油流帶出地面，部分會沉入泵筒與活塞間隙，造成卡泵;二是油管和抽油桿周轉次數多，抗疲勞應力和抗腐蝕能力下降，表面腐蝕脫落，造成鐵屑卡泵。

1.2水垢卡泵

歡東-雙稀油目前主要以注水開發(fā)為主，注水單元達到45個，注水井215口，由于注水水質問題，以及油田地層水中富含結垢離子，當液體從相對高溫高壓地層流入生產井筒時，由于溫度和壓力的極速下降，能產生以碳酸鹽為主的水垢。水垢聚集在油管、抽油桿、篩管、尾管等處，隨著時間的延長，結垢愈加嚴重，結垢厚度最大可達1.5mm左右，而且質地堅固，這些垢質在油井管柱中的厚度達到一定程度時可造成卡泵。

1.3出砂卡泵

油井出砂通常是由于井底附近地層的巖層結構破壞引起的。出砂原因較多，大致可分為地質因素和開采因素兩大類。地質因素主要有：以接觸膠結類型巖石為主的油層;孔隙度高，膠結疏松的地層;原油粘度高，密度大的油層。開采因素主要有：使用大泵放大壓力差生產;強化注水使地層骨架破壞;酸化、壓裂以及頻繁的修井作業(yè)降低了膠結物的強度;油田開發(fā)中后期，為保持油井穩(wěn)產，大幅提高產量，加劇對巖石顆粒的沖刷等[1]?？傊?，當地層壓力超過地層強度時，砂粒被剝落，產生運移進入井筒，油層產出液攜帶出來的地層泥砂，生產過程中部分沉入泵筒，造成卡泵。

1.4雜質卡泵

部分稀油區(qū)塊結蠟嚴重，主要清防蠟方式以熱洗為主，洗井液為熱污水和熱油;修井作業(yè)時所使用的洗壓井液也以熱污水為主，部分壓力高的油井使用鹽水，外來流體所攜帶的雜質沉落到泵筒內，造成卡泵。

從以上各種原因分析得出，造成卡泵的主要機理是雜物進入泵筒與活塞間隙，造成抽油泵不工作而卡死，因此，防止雜物卡泵的治理對策就是將雜物與抽油泵進行隔離，避免雜物進入活塞與泵筒間隙。

根據分析，雜物進入泵筒的方式主要有兩種，一是油套環(huán)空的雜物，經由篩管和固定閥從下部進入泵筒，相應對策是在抽油泵入口端安裝不銹鋼網砂錨，砂錨為激光割縫制成，縫寬0.1mm，能夠阻止固體雜物由固定閥進入泵筒。二是桿管偏磨形成的鐵屑和砂粒，從油管落入泵筒，對于此種方式造成的雜物卡泵，此前沒有相應的對策，因此，開展了抽油泵防卡裝置的研究。

2 抽油泵防卡裝置

2.1結構設計

主要由上連接器、外筒、開合器、內筒、下連接器等組成。

外筒與內筒的環(huán)空形成儲存空間。開合器為核心部件，固定在內管頂端，形狀為半球形，且為四分掰開口，材料為進口丁腈橡膠添加石墨制成，其壽命為開合三百萬次以上不折斷。

丁腈橡膠是丁二烯與丙烯腈兩種單體經聚合反應得到的共聚物，簡稱NBR[2]。

NBR耐油性好，耐老化和耐磨性能較好，耐溫范圍廣（從-55℃到+l25℃），物理機械性能優(yōu)異，具有很好的抗撕裂性能和較低的壓縮變形性能。

石墨是一種層狀材料，具有優(yōu)良的潤滑性能，在剝離的狀態(tài)下?lián)碛蟹浅８叩男螤钕禂?，有獨特的化學特性，如導電性、導熱性、潤滑性等[3]。石墨的添加會增強丁腈橡膠的定伸應力和拉伸強度，而且扯斷永久變形小，提高丁腈橡膠硫化膠的耐摩擦性能。

2.2工作原理

裝置安裝于抽油泵上端，抽油桿在裝置內管運動。抽油機上行時，液體頂開開合器，泵筒內液體進入油管;抽油機下行或停機時，開合器在液柱壓力下關閉，抱緊抽油桿，使油管內落下的鐵屑砂粒等儲存在裝置的環(huán)空內，防止雜物進入泵筒造成卡泵。

2.3現場應用方案

若不影響開合器的使用壽命，抽油桿接箍必須避開抽油泵防卡裝置。根據研究和實際應用，制定了一套現場應用方案：（1）當油井使用Φ44mm或Φ57mm抽油泵時，裝置設計在泵筒上端，與泵筒接箍直接相連，正常使用Φ16mm或Φ19mm抽油桿與活塞相連接;（2）當油井使用Φ38mm抽油泵時，由于與活塞連接的是專用連桿，連桿長度約6.0m，要避開接箍位置，則將裝置設計在泵上一根油管處，且油管長度必須小于8m，與連桿連接的抽油桿必須大于9m;（3）當油井使用螺桿泵時，裝置設計在泵筒短節(jié)上端，正常使用Φ36mm插接桿與轉子相連接。

2.4適用范圍

（1）原油粘度小于10000mpa·s的出砂井、偏磨井、結垢銹蝕嚴重井以及地面容易出現抽油機停機卡井的油井。

（2）適用于活塞直徑為φ38mm、φ44mm、φ57mm的管式泵，以及轉子最大外徑小于φ70mm的螺桿泵。

（3）套管內徑大于φ116mm，設計位置以上無套變、套管補貼。

（4）最大井斜小于35o。

3現場應用

現場共應用抽油泵防卡裝置85井次，措施有效率80.3%，平均延長檢泵周期166天，最高延長697天，減少檢泵作業(yè)134井次，增油1003.2t，措施效果顯著。

4 結論及認識

（1）抽油泵防卡裝置的應用，有效地減少了稀油卡井數量，延長了油井檢泵周期，降低了作業(yè)頻率，增加了油井開采時率。

（2）通過理論與實際結合，形成了一套完整的現場應用方案，同時通過對開合器的改進，最大限度延長了抽油泵防卡裝置的使用壽命。

（3）油田開發(fā)后期，隨著動液面的不斷降低，深抽井數將會不斷增多，抽油泵防卡裝置及泵下砂錨等防卡措施，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

1.趙霞.油水井出砂后期分級防砂技術研究[D].北京：中國石油大學，2008

2.王振華.國內外丁腈橡膠主要牌號質量剖析及加工應用研究[D].甘肅：蘭州理工大學，2011

3.楊建.石墨填充橡膠材料的性能研究及納米復合材料的制備[D].北京：北京化工大學，2008