注气防垢泵的研制及应用

夏新跃，田 云，田 景，王磊磊

（1中国石油化工股份有限公司西北油田分公司2中国石油集团东北炼化工程有限公司葫芦岛设计院）

夏新跃等.注气防垢泵的研制及应用.钻采工艺，2019，42（5）：108-109

塔河油田为非均质性极强的奥陶系缝洞型碳酸盐岩油藏，由于油质稠，采用套管掺入稀油方式进行降黏生产［1-4］。为有效解决稠油上返无法正注的难题，选用抽稠泵作为有杆泵生产的主要方式［5］。随着氮气替油成为油田增产的重要方式［6-11］，现有抽稠泵在注氮气过程中存在一定不适应性，主要表现为注氮气后抽油杆无法顺利下放［12］，增大了检泵风险，严重影响生产时效和采油成本，为此，需完善现有抽稠泵结构，提高适应能力。

一、技术分析

现场一般采用油管正注氮气替油的方案，以避免套管损坏。马德昌［5］阐述了抽稠泵的工作原理，抽稠泵泵筒直接连接油管，柱塞直接连接抽油杆，为确保油管畅通，一般提出2根抽油杆，使柱塞脱离泵筒，实现油管正注氮气。由于采油厂使用抽稠泵为5级间隙（0.125 mm），柱塞表面或者泵筒内壁发生轻微腐蚀结垢就会严重阻碍柱塞顺利下入泵筒，影响抽稠泵正常生产。唐海飞等人［12］分析了注氮气造成结垢的主要原因，由于现场工艺条件限制，难以保证注氮气期间不形成腐蚀结垢物，基于抽稠泵柱塞与泵筒间隙小，一旦柱塞或泵筒附着结垢物，柱塞难以下入泵筒的问题，设计了注气防垢泵。

二、注气防垢泵

1.结构

注气防垢泵结构如图1所示，该泵由上、下两支不同泵径的抽油泵串联而成，上部为大泵，下部为小泵，上下泵均采用长柱塞泵筒结构，在上泵筒上部开设注气孔，在上泵筒外部设计存垢空间，在柱塞上部和泵筒下部设计刮垢环，实现抽稠泵注氮气后正常生产。

图1 注气防垢泵结构示意图

2.工作原理

工作时，柱塞总成随抽油杆一起往复运动，上冲程时，出油阀受油管内液柱压力作用而关闭，下柱塞与上泵筒之间的环形腔体积增大，压力降低，进油阀在沉没压力的作用下打开，油液通过下柱塞内腔进入环形腔内；下冲程时，环形腔内体积减小，压力增大，进油阀关闭，出油阀打开，环形腔内油液通过上柱塞内腔进入泵上油管内。此时，下柱塞上端承受油管液柱的压力，下端是油井沉没度压力，在压差作用下，下柱塞产生向下的液压反馈力，拉动抽油杆柱下行，有效克服杆柱下行时稠油的黏滞阻力，从而保证抽油杆与抽油机同步运行。当油井需要注气作业时，将抽油杆柱下放到底，形成碰泵，此时，上柱塞沉入到上泵筒下部，注气孔与泵上油管连通，泵上下贯通，形成注气和正洗井通道，即可注气作业。注气完毕，上提柱塞，使其封住注气孔，就可恢复正常生产（见图1）。

3.技术优势

注气防垢泵集成了现有抽稠泵的特点，适合应用于稠油注氮气井中，主要优势体现在：

（1）减少注氮气时气、水直接作用在柱塞、泵筒表面。优化设计的注气孔位于上泵筒上部0.5 m处，注气孔面积31 mm2，注气通道内径110 mm，有效保证注气通道畅通；通过引入注气孔，实现注气时，泵筒总成与柱塞总成封闭，混注液不再从泵筒内部通过，而是经注气孔，从泵筒外壁与过桥管内壁间的注气通道通过。

（2）减少注氮气时柱塞、泵筒腐蚀结垢或附着垢物。注氮气时柱塞完全位于泵筒内，可以实现：①降低气、水腐蚀柱塞、泵筒程度，减少结垢发生；②降低油管、抽油杆的结垢物附着在柱塞、泵筒表面。

（3）减少柱塞难以放入泵筒及卡泵风险。注气防垢泵直接将柱塞放入泵筒，正常生产时只需将柱塞上提，减少柱塞放入泵筒难度；为进一步清理部分未受保护的柱塞、泵筒的结垢物质，设计刮垢环及存垢空间，即上提柱塞时上部刮垢环可清理注气期间附着在上泵筒内壁上的垢物，推入到上泵筒外部存垢空间；同时，下部刮垢环可清理下柱塞外壁上附着垢物，使其掉入泵下油管内，防止卡泵发生。

（4）减少作业费用及生产影响。注气防垢泵可实现柱塞顺利进入泵筒，减少因柱塞难以进入泵筒形成检泵作业；同时提高生产时效，及时进行抽稠泵生产，减少产量损失。

4.技术指标

Ø70／44注气防垢泵泵常数为3.35 m3／d，泵体最大外径116 mm，最大下泵深度2 800 m。

三、现场应用

TH121XX井为塔河油田一口开发井，累计生产稠油3.5×104t，注水替油效果变差，日产液51 t，含水90%，日掺稀16 t，为提高开采效益，实施注氮气替油生产。

2018年3月组下注气防垢泵配合注氮气工艺，管柱结构：丝堵+油管×2根+筛管×10根+Ø88.9 mm油管×80根+变扣+70／44注气防垢泵+Ø88.9 mm油管×2 000 m+双公短节+油管挂，柱塞下放至泵筒直接注氮气。注氮气80×104m3后焖井19 d，开井泄压后主动上提柱塞0.9 m，顺利实现防垢泵正常生产，初期工作制度3.4 m×3 m／min，日产油14 t，含水0，日掺稀8 t，已平稳运行70 d，有效避免抽稠泵下放柱塞困难导致无法正常生产的风险，TH121XX井注氮气生产前后对比见表1。

表1 TH121XX井注氮气生产前后对比表

四、结论

（1）现有抽稠泵在注氮气期间易产生结垢物质，柱塞下放困难影响生产时效，需要检泵恢复生产，增加采油成本。

（2）注气防垢泵结构简单，具有注气、生产独立通道，实现注氮气期间柱塞置于泵筒内，不直接腐蚀柱塞、泵筒，消除柱塞下放泵筒失败风险。

（3）注气防垢泵解决了注氮气结垢无法正常生产的问题，但由于注气孔位于泵筒上部，需要合理调整防冲距，一般碰泵后上提柱塞0.9～1.4 m，否则会影响泵效。