螺杆泵井验管漏装置的研制与应用

刘辉（大庆油田有限责任公司第五采油厂）

螺杆泵井验管漏装置的研制与应用

刘辉（大庆油田有限责任公司第五采油厂）

螺杆泵举升工艺具有一次性投资少、运行能耗低、适应介质强、管理维护方便等优势。大庆油田某采油厂检泵现场统计发现，无问题占检率达6.67%，而且全是保修期内检泵，经分析是油管微漏所致，为此研制了螺杆泵井验管漏装置。该装置的应用，使在检泵作业过程中发现肉眼很难看到的油管微小裂缝成为可能，避免了保修期内返工，有效延长了检泵周期，降低了作业费用，推广后预计每年可发现油管微漏井30井次，节约返工作业费用66万元。

螺杆泵井；验管漏装置；检泵周期

1 螺杆泵井井下作业现状及存在的问题

螺杆泵作为一种机械采油设备，它具有其它抽油设备所不能替代的优越性，国内在制造、应用等方面都取得了长足的进步，井下泵已基本形成系列化[1]。但是，与国外石油公司相比，我国在螺杆泵的整体技术发展和应用等方面还存在着一定差距。采油用螺杆泵是单螺杆式水力机械的一种，是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用。螺杆泵的转子、定子副（也叫螺杆-衬套副）是利用摆线的多等效动点效应，在空间形成封闭腔室，并当转子和定子作相对转动时，封闭腔室能作轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现机械能和液体能的相互转化，从而实现举升作用[2]。

大庆油田某采油厂已推广应用螺杆泵652口井，平均检泵周期744天，年均检泵率27%，返工率8%。其中，问题泵检占泵16.85%，平均检泵周期901天；管漏泵检占泵7.82%，平均检泵周期521天。

螺杆泵井井下作业现存在如下问题：

1）油管漏失和泵漏失无法在地面进行直接诊断区分。泵漏失和油管漏失在地面所表现出来的现象是一致的[3]，且螺杆泵井缺乏类似抽油机井示功图之类的井下泵况诊断软件，依据目前的泵况诊断技术，当螺杆泵井出现漏失时，基本无法诊断区别泵漏失或油管漏失。

2）油管轻微漏失在作业施工中不易被发现。在螺杆泵检泵作业施工过程中，泵漏失可以通过转子的磨损和定子橡胶的损耗进行准确识别，且螺杆泵检泵时都随检泵更换新泵，所以泵漏失的问题很容易在作业过程中予以解决。但油管漏失却不易判断，尤其是表面损伤不严重的油管。造成这种现象的主要原因是随着抽油杆和螺杆泵转子的取出，油管内部、泵筒及底部筛管的进液孔形成了无阻碍的通道，油管内部空间不能形成密闭环境，无法进行承压验漏。对于漏失油管的更换，只能在地面进行表面清洁后依靠肉眼观察，且在油田开发降本增效的大形势下，只是部分更换有明显偏磨迹像的杆管，客观上存在轻微漏失油管继续下井使用的问题。

统计106口返工井的作业施工原因，无问题返工占6.67%，这部分返工井在返工前次检泵作业时都存在偏磨情况[4]，分析是油管微漏所致。因此，如何高效快速判断识别油管漏失现象并置换漏失油管，避免微漏管油下井重复使用，对于延长螺杆泵井检泵周期具有重要意义，是螺杆泵作业提高施工质量和降本增效方面需要攻关的方向。

2 螺杆泵井验管漏装置的研制

2.1 研发思路

为了对螺杆泵井管漏失现象进行准确识别，使作业施工时能够及时发现漏失油管的存在，避免受人为因素影响检查不到位而造成漏失油管重新下井致使返工作业的问题的产生，围绕如何在转子取出后油管内部形成密闭承压环境提出了两种设想并对可能存在的影响因素加以论证。

第一种设想是在油管内部投堵塞器，利用堵塞器和泵筒内的定子橡胶形成底部密封结构。该设想的优点是研制成本较低，装置结构简单，堵塞器可循环多次使用，且不需要每口井单独配备。但该设想的缺点也非常明显。一是是油管断检泵时堵塞器会掉入井底，增加打捞难度，严重情况需要大修作业打捞；二是如果定子橡胶损坏严重则不能形成底部密封结构[5]，造成错误判断。

第二种是在泵筒底部加装活门结构，通过向油管内部打压来关闭底部开关来形成底部密封结构[6]。该设想的优点是不会对作业施工产生不必要的影响，且可以回收再利用。缺点是研制成本相对较高，装置结构较为复杂，且需要为每口井单独配备，并在井下长期服役。

第一种设想虽然成本低，但缺点无法克服，所以不采用。第二种设想虽然成本相对较高，但适应性较强，不会造成不必要的井下事故，可以研发使用。基于上述论证，研制类似底部活门式结构的螺杆泵油管验管漏装置。

2.2 验管漏装置结构

螺杆泵油管验管漏装置主要由下部公扣接头、橡胶支撑座、压力弹簧、坐封滑块、坐封滑杆及外套构成，见图1。

图1 螺杆泵井验管漏装置简图及实物照片

1）下部公扣接头。下部公扣接头与油管连接均采用油管扣，保证与油管连接紧密、强度可靠、无渗漏，采用最大通过流量，保证液体流量且无液体阻塞，见图2（a）。

2）橡胶支座。橡胶支座满足强度和硬度需要，同时要保证橡胶与橡胶固定底座能够很好的连接，保证强度，该结构采用橡胶嵌入式，且橡胶需要通过硫化工艺实现粘接强度及承压强度，见图2（b）。

3）压力弹簧。压力弹簧采用特殊弹簧钢材料，通过热处理去掉弹簧能应力，保证弹簧强度及硬度，在弹簧表面采取耐腐蚀处理，保证弹簧的耐腐蚀性能，见图2（c）。

4）坐封滑块与橡胶支撑座。坐封滑块与橡胶支撑座相互配合实现坐封与开启功能，为流速大小的开关，当流速大于坐封速度时，该滑块会坐封，当流速小于坐封速度时，通过弹簧实现开启，见图2（d）。

2.3 验管漏装置工作原理

随着检泵作业将该装置安装在螺杆泵泵筒和筛管之间。在螺杆泵正常工作时压力弹簧处于伸张状态，坐封滑块与橡胶支撑座处于开启状态，使流体能够正常通过。在检泵作业时，正常起出抽油杆及转子，利用高压水泥车对油管内部正向打压，使压力弹簧压缩，坐封滑块进入橡胶支撑座，实现底部密封。通过在地面观察油管内部的稳压情况来判断是否存在管漏和管漏程度。

该装置同时具备减缓杆住反转速度的功能。当螺杆泵地面防反转功能失效时，井口回流液体倒灌进入油管内部，流量达到验管漏装置坐封的临界流量时，装置就会坐封，对反转杆柱施加减缓反转的作用力，降低杆柱反转的安全风险。

3 试验及效果

3.1 承压密封试验

选择检泵作业的螺杆泵井进行现场承压密封试验，初试该装置的承压密封效果。共试验应用5口井，选择井均为杆管偏磨严重的井。在管杆全部起出后，将该装置安装在泵筒底部，并下回全部油管，现场利用高压水泥车对油管内部打压5 MPa，稳压5分钟，观察压力变化情况。现场试验数据（表1），安装该装置后，1口井稳压压力逐渐降低，5分钟内压力从5 MPa降低到1 MPa，说明油管存在漏失，其余4口井稳压压力稳定不降，说明油管不渗不漏。现场起出油管后，经仔细刺洗认真查找，发现压力下降井，油管丝扣渗漏，其他4口井油管不渗不漏。试验表明，该装置在设定的流速和压力条件下能够实现底部密封。

图2 螺杆泵井验管漏装置结构部件

表1 试验井承压密封试验数据统计

表2 试验井耐久性试验数据统计

3.2 承压耐久性试验

在承压密封试验的5口井中均随检泵作业下入了验管漏装置，用以试验该装置在井下的耐久性。在这5套验管漏装置下井正常应用2年左右时，通过作业施工起出抽油杆和转子，重新进行承压密封试验，5口井均能在5 MPa的压力下稳压5分钟以上。通过这5口井的承压密封试验数据（表2）及连续生产数据的监测分析，认为该装置在使用过程中不影响螺杆泵井的正常生产，螺杆井的正常检泵周期内能够承压密封，该装置的承压密封性和耐久性能够达到在螺杆泵井批量使用的条件。

4 结论

现场试验证明，该装置能准确判断油管漏失。现场可根据稳压过程中压力变化情况，判断油管漏失程度，并通过有针对性的排查，缩小管漏范围，有效避免肉眼难观察到管微漏造成返工作业，减少换管数量。统计螺杆泵井每次检泵费用平均约2.2万元，推广应用该装置后，预计每年可发现油管微漏井30井次，节约返工作业费用66万元，同时能够降低生产管理难度，提高螺杆泵采油配套技术水平，延长螺杆泵井检泵周期、节约生产成本、提高安全性能具有重要意义。

[1]郭新莲，董芳霞，姬冉.螺杆泵采油技术优势和应用[J].中国石油和化工标准与质，2011，31（2）：38.

[2]李兴科，王锋，于国栋.浅层定向井螺杆泵举升工艺研究[J].石油学报.2005，26（3）：118-122.

[3]曹建平，孟庆昆，高圣平，等.螺杆泵漏失机理研究[J].机械设计与制造，2012（4）：153-155.

[4]董世民，张万胜，王强，等.直井地面驱动螺杆泵采油杆管偏磨机理[J].石油学报.2012，33（2）：304-309.

[5]邵东波.螺杆泵井下结构改进及应用研究[J].制造业自动化. 2012，34（5）：151-152.

[6]黄有泉，何艳，曹刚.大庆油田螺杆泵采油技术新进展[J].石油机械，2003，31（11）：65-69.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.010

2017-03-20

（编辑 庄景春）

刘辉，2007年毕业于黑龙江科技学院，现从事机采管理工作，E-mail：liuhui5c@petrochina.com.cn，黑龙江省大庆油田有限责任公司第五采油厂油田管理部，163000。