重力式泵下药剂滴注装置研制与应用

张洪山

(中国石化股份公司胜利油田分公司,山东东营257001)

重力式泵下药剂滴注装置研制与应用

张洪山

(中国石化股份公司胜利油田分公司,山东东营257001)

胜利油田部分注水开发后期的油井因结垢问题,缩短了检泵周期。采用定期环空掺药的方式,虽然取得了一定的效果,但是存在腐蚀套管和用量大等问题。介绍了一种新型的井下掺药装置,能够实现药剂在泵下连续、定量地与产出液混合,从而延缓油井产出液结垢的速度。现场应用17井次,平均检泵周期延长129 d。

油井;结垢;重力式药剂滴注装置

Abstract:With oilfield stepping into the high water cut period,scale become more and more serious,they lead to shortening pump check period.The introduction was made for the gravity instillation device which can suspend the scaled velocity of oil well.Field application showed that the pump maintenance prolonged 129 days.

Key words:oil well;scaling;gravity instillation device

胜利油田大部分区块已经进入了注水开发和高含水期,由于注入水与地层水不配伍和产出液中富含CO2-3及 HCO3-离子的原因,导致油井结垢的问题越来越严重[1]。现场解剖分析,泵固定阀是最容易结垢部位,主要是这些部位存在节流,引起压力变化形成碳酸盐垢。治理油井结垢有物理和化学两种方式,其中环空加防垢剂和井下加装固体防垢器等化学防垢的方法应用比较广泛。原理为利用水溶性的防垢剂分子与产出液中的Ca2+形成可溶性的络合物或聚合物,增大无机盐的溶解性,使无机盐钙CaCO3不能沉积或附着在金属表面成垢。

1 现有防垢方法存在的问题

固体防垢技术是将阻垢剂搅拌混合均匀后加入固化剂,在模具内加工成型,制成防垢棒,悬挂于泵挂下方,缓慢地释放药剂,使得防垢剂与产出液混合,达到防垢阻垢的目的。由于固体阻垢剂使用的固化剂耐温性差,当产出液温度高于90℃时,固体阻垢剂易破损,造成装置使用寿命短和卡泵等事故的发生。

环空掺防垢剂存在的问题:

a) 长期加入的药剂会对套管造成腐蚀。

b) 对于动液面高的油井,套管加入的药剂渗流到抽油泵入口时间长,影响了加药效果。

c) 药剂在套管环空渗流的过程中,药剂的有效成分会有一定程度的消耗。为了满足现场防垢要求,必须加大药剂的用量,增加了日常操作成本。

因此,现场需要一种能够有效解决固体防垢剂耐温性差、实现高温结垢井泵下掺防垢剂的装置。

2 结构组成

重力式泵下药剂滴注装置由掺药筛管、药剂管、配重杆、重力泵密封胶筒和平衡弹簧等部件组成。如图1。

图1 重力式泵下药剂滴注装置结构

3 工作原理

首先,按设计药剂用量,将药剂注入到重力泵泵轴上安装的密封胶筒与重力泵泵头配合形成的容积腔内。然后,通过上部螺纹将装置连接到抽油泵尾管上,下入井中。在配重杆重力的作用下,重力泵泵轴克服密封胶筒与药剂管内壁的摩擦阻力,缓慢向下移动,挤压药剂容积腔内的药剂,在泵头上下形成压力差。在此压力差的作用下,药剂通过重力泵泵头与药剂管内壁的配合间隙,经底部过流孔,在泵下与产出液混合、反应,防止地层产出液结垢。最后混合液通过掺药筛管进入到抽油泵内,举升到地面。若注入装置中的药剂全部排出,可在检泵作业时,起出装置,重新灌注药剂,下入井中。

4 技术参数

5 结构特点

a) 由于在抽汲过程中,油管受交变载荷的影响会上下伸缩,导致密封胶筒与重力泵泵头之间的药剂管容积发生变化,其压力也随之发生变化,无法满足药剂恒定量排出的要求。通过加装平衡弹簧,保证了在整个抽汲过程中,泵头上下压差为定值。

b) 通过重力泵泵头与药剂管内壁的间隙配合,利用环隙漏失的原理,从而实现了药剂的小排量与产出液混合的目的。同时通过调整环隙的配合间隙量,来改变药剂的排量。流量的计算公式为[2-5]

式中,q为泵流量,m3/s;D为泵头直径,m;Δp为泵头上下压差,Pa;δ为泵头与药剂管之间的间隙,m;L为泵头长度,m;μ为药剂溶液动力粘度,Pa·s。

c) 根据油井的结垢类型,优选了聚羧酸类防垢剂。室内试验表明:防垢剂有效成份含量为30 mg/L和试验温度100℃时,阻垢率达95%以上。根据实施井的检泵周期,通过增长或减少药剂管的长度,调整装置的装药量,满足装置内灌注药剂排空时间与预计的检泵周期相匹配。

6 现场应用

2008年以来,在纯梁油田樊 41、胜坨油田坨142和桩西油田桩34等区块油井作业过程中,发现36井次泵固定阀有碳酸垢沉淀,其中6井次检泵周期小于120 d。其中部分结垢井地层温度在110～130℃,泵深处产出液温度达100℃左右,应用泵下加装固体防垢棒治理过程中,出现了固体防垢棒破碎,固体药剂碎块卡泵的情况。因此对高温结垢油井实施了重力式泵下药剂滴注装置防垢技术。现场应用17井次,平均检泵周期延长129 d。

7 结论

通过优化液态防垢剂配方、利用间隙漏失原理实现了药剂的连续小剂量注入,使该装置在治理高温结垢井方面具有良好的应用前景。同时,在装置中灌注清蜡药剂,可起到延缓高含蜡油井结蜡的作用。下一步工作方向是进一步优化药剂配方,形成不同排量系列,提高装置对于不同井况治理井的适应性。

[1] 王 兵,李长俊,刘洪志,等.井筒结垢及除垢研究[J].石油矿场机械,2007,36(11):17-21.

[2] 沈迪成,艾万诚,盛曾顺,等.抽油泵[M].北京:石油工业出版社,1994:122-137.

[3] 王鸿勋,张 琪.采油工艺原理[M].北京:石油工业出版社,1981:140-141.

[4] 汪建华.抽油泵柱塞和泵筒漏失量计算的新公式[J].石油矿场机械,2009:38(3):58-61.

[5] 崔振华.有杆抽油系统[M].北京:石油出版社,1994:258-269.

Development and Application of the Gravity Instillation Device

ZHANG Hong-shan
(Shengli Oilfield Branch Company,SINOPEC,Dongying257001,China)

TE934.1

B

1001-3482(2010)11-0078-02

2010-05-24

张洪山(1960-),男,山东德州人,高级工程师,主要从事油气田设备的研究,E-mail:hscbzhs@slof.com。