超深井防气抽油泵的研制与应用*

李永兵，王泽香，毕琳琳，王 波

（1渤海石油装备（天津）新世纪机械制造有限公司2中国石油集团长庆油田采油七厂工艺研究所）

李永兵等.超深井防气抽油泵的研制与应用.钻采工艺，2019，42（5）：79-80

目前塔里木油田超深油井不但油层埋藏深，沉没度低，并且部分油井中还存在含气、含砂问题，需要采取加深泵挂进行超深抽工艺现场试验［1］，目前常规抽油泵无论从结构上还是性能上均不能满足试验要求，常规抽油泵应用于超深含气含砂油井中易出现3个问题：①泵筒螺纹由于承受液柱重量及尾管重力作用，连接处强度不够，易出现断裂［2］；②常规抽油泵不具有防气锁功能，易气锁，泵效较低，一般在40%以下；③由于井中有油泥、砂子、铁锈、结垢物等异物，经常会造成抽油泵工作腔及固定阀卡泵［3-5］，抽油泵的使用寿命小于3个月。

针对这些问题，设计了超深井防气抽油泵。通过改变泵筒的结构设计，使其受力状况得到改善，延长抽油泵使用寿命，满足超深井的生产；设计排气结构以及防气阀，减少气锁，提高泵效；改变工作腔结构和固定阀结构，使其有一定的沉砂空间，延缓或者减少卡泵几率。

一、技术分析

1.结构

该泵主要由泵筒、外管、排气管、柱塞、柱塞防气阀、游动阀、固定阀等组成，具体结构如图1。

图1 超深井防气抽油泵结构示意图

2.工作原理

超深井防气抽油泵在上冲程过程时，抽油杆柱上行，柱塞下部与泵筒之间形成的工作腔体积增大，压力降低，柱塞上的游动阀关闭，固定阀打开，柱塞防气阀受摩擦力作用及液体压力作用打开，完成排液过程。下冲程过程时，抽油杆柱下行，柱塞防气阀受液柱重量及摩擦力作用，柱塞防气阀落在泵口，利于柱塞闭式阀罩内的游动阀及时打开，减小气锁，固定阀关闭；随着柱塞下行，工作腔压力的增大，柱塞防气阀克服液柱重量及摩擦力而打开。另外下冲程过程中柱塞下行出上泵筒时，柱塞与排气管形成的排气室内气体随井液被排出，并被举升至地面，减少气锁。

3.主要技术参数

超深井防气抽油泵的主要技术参数见表1。

表1 主要技术参数

4.结构特点及技术优势

（1）防气锁式柱塞结构。设计成三个柱塞阀罩结构，具体结构如图1。上柱塞开口阀罩内不装阀球阀座，两个柱塞闭式阀罩内装阀球阀座。上柱塞开口阀罩连接拉杆，拉杆上安装柱塞防气阀。在柱塞下行时，柱塞防气阀落在泵口，承受液柱压力，利于柱塞闭式阀罩内的游动阀的及时打开，减少气锁，提高泵效。

（2）泵筒总成采用分段悬挂结构，具体结构如图2。上泵筒采用倒悬挂结构，下泵筒采用正悬挂结构，两根泵筒外均连接外管，其目的为了保证泵筒不受液柱重力和泵下尾管重力作用，起到加深泵挂的目的，另外作业和生产时可以起到保护泵筒的作用，防止泵筒弯曲变形。外管及排气管材料均选择N80油管材料，螺纹均采用油管螺纹连接，连接强度高，满足超深井使用要求［6］。

图2 泵筒总成结构示意图

（3）自排气泵筒结构。两根泵筒之间连接排气管，具体结构如图2。排气管内径比泵筒内径大17～24 mm，和柱塞形成排气室，即为气体的存储空间。在含气井上行程时，工作腔内气体析出并聚集在其上部，下行程时，部分气体存积在柱塞与排气管之间形成的排气室内，当柱塞离开上泵筒后，排气室内的气体随井液被排出，并被举升至地面，这样就减少了气体聚集在工作腔内，减少气锁。

（4）沉砂式固定阀。沉砂式固定阀由沉砂管外管和两个固定阀组成［7］，具体结构见图3。上固定阀外连接沉砂外管，上固定阀与沉砂外管之间间隙较大，可以使工作腔内的油泥、砂子、铁锈、结垢物等异物沉积于此，减少了抽油泵工作腔卡泵几率。采用加长管塞连接两个固定阀，两个固定阀之间的距离加大，大大减少了固定阀的砂卡。

图3 沉砂式固定阀结构示意图

二、现场应用情况

超深井防气抽油泵自2013年11月至今，以塔里木油田轮南区块为主，先后在20余口井中投入使用。轮南区块大部分含气油井中气液比为100～300 m3／m3，未使用该泵以前，由于气锁严重，泵效较低，并且泵筒内经常有油泥、砂子、铁锈等造成卡泵，导致检泵周期较短，通过现场应用该泵后，大大减少了卡泵现象，延长了检泵周期，平均使用寿命达到7个月以上，最深泵挂深度达到3 803.83 m，泵效均达到56%以上，无论从结构还是技术性能，该泵都非常适应超深井含气、含砂油井的生产。

三、结论

（1）超深井防气抽油泵提高了抽油泵的可靠性和适应性，结构安全可靠。

（2）该泵结构可有效减少气锁，有利于提高泵效。

（3）该泵减少抽油泵工作腔和固定阀卡泵几率，延长抽油泵的使用寿命。

（4）现场应用结果表明，该泵适用于含气、含砂超深油井开采，具有良好的推广应用前景。