(中國石油遼河油田分公司 鉆采工藝研究院，遼寧 盤錦 124010)

遼河油田的稠油井開發(fā)后期，油層埋藏深、井況復雜、舉升難度大、檢泵頻次高、系統(tǒng)效率低。采用有桿泵舉升，一方面由于稠油的黏度高、流動阻力大，使泵效較低；另一方面，管桿偏磨問題嚴重，桿柱斷脫是油井倒井的主要原因?，F(xiàn)場實踐和理論模擬表明，桿柱受力是井眼軌跡、流體性質(zhì)、工作參數(shù)等因素綜合作用的結(jié)果。在直井中，桿柱上行程時，桿柱處于受拉應力狀態(tài)；下沖程時，抽油桿中和點之上是受拉狀態(tài)，之下處于受壓狀態(tài)，呈正弦屈曲或螺旋屈曲狀態(tài)[1-4]。在定向井或大斜度井中，需要根據(jù)三維井眼軌跡進行受力分析和計算。對于稠油井，泵充滿程度主要取決于工作參數(shù)和流體黏度，需要設計相匹配的抽油泵。針對這些問題，研制了旁通閥液力反饋抽油泵。

1 工作原理

旁通閥液力反饋泵設計原理如圖1所示。上沖程時，抽油桿帶動上、下柱塞一起上行，出油閥組關(guān)閉，泵腔體積增大，壓力下降，旁通固定閥開啟，井液在沉沒壓力作用下進入環(huán)形泵腔，完成進液過程。下行程時，上泵和下泵的環(huán)形泵腔體積減小，壓力升高，旁通固定閥在自重和彈簧力的作用下關(guān)閉，出油閥開啟，完成排液過程。此時，泵外壓力低，管柱內(nèi)液體載荷作用在下柱塞截面上，形成向下的液壓反饋力，幫助桿柱下行。

a 上沖程 b 下沖程

2 結(jié)構(gòu)組成

在采油生產(chǎn)過程中，通過進、出油閥的交替關(guān)閉，使得泵上液柱壓力產(chǎn)生液壓反饋力，增大泵下行力，進而克服下行阻力[5-8]。該種方式應用的是液力反饋原理。本文所述旁通閥液力反饋泵采用旁通進油閥，如圖2所示，泵閥采用彈簧復位球閥，柱塞兩端設計防砂結(jié)構(gòu)，異徑泵筒采用上下2個內(nèi)徑不同的常規(guī)泵筒，通過中間接箍連接而成，泵筒兩端帶有上下2個接頭和護帽。

旁通閥液力反饋泵通過損失排量而增加柱塞下行力。采用式(1)進行理論排量計算。

(1)

式中：Q為理論排量，m3/d；Du為上柱塞直徑，m；Dd為下柱塞直徑，m；S為沖程，m；N為沖次，min-1。

反饋力的大小與油套管的壓差成正比,只要油井動液面深度一定，反饋力的大小是一定的。反饋力的大小采用式(2)計算。

(2)

式中：F為液壓反饋力，N；H為動液面深度，m；p為井口壓力，Pa。

1—泵筒上接箍；2—上泵筒；3—中間接箍；4—下泵筒；5—泵筒下接頭。

3 技術(shù)特點及適應范圍

1) 旁通閥液力反饋泵進油閥的流道短、通徑大，吸入性能好，阻力小，提高了抽油泵的充滿程度和效率。

2) 復位彈簧具有扶正作用，克服了斜井、水平井導致的閥球關(guān)閉滯后和閥球偏落的問題。

3) 上柱塞采用螺旋刮砂結(jié)構(gòu)，可防止砂卡，延長油井檢泵周期。

4) 泵筒底部連通，油管內(nèi)液體可泄入井內(nèi)，井下不用泄油器；可不動管柱進行熱采、正反洗井、沖砂、壓井、測試等作業(yè)。

泵規(guī)格參數(shù)如表1所示，能夠適應以下井況：

1) 適用泵掛位置井斜小于65°的斜井、水平井。

2) 適用于原油黏度小于6 000 mPa·s的稠油熱采井。

3) 適用于下行阻力大，偏磨嚴重的油井。

4 應用實例分析

研制的旁通閥液力反饋抽油泵在現(xiàn)場試驗和應用130余井次，取得了較好效果。以曙2-6-33井為例，該井為1口大斜度井，正常檢泵周期4個月。2015-05，桿柱斷脫檢泵，進行了系統(tǒng)優(yōu)化設計[9-10]，設計桿柱組合為?25.4 mm(1in)×600 m+?22.2 mm(in)×824 m+?19.1 mm(in)×1 600 m。根據(jù)桿柱受力計算(如圖3)，該井中和點在2 570 m，中和點以下井段下沖程時存在屈曲應力。采用液力反饋泵，可為桿柱下行提供動力，避免下行程中桿柱彎曲，同時提高泵充滿程度。

表1 旁通閥液力反饋泵規(guī)格參數(shù)

圖3 桿柱軸向受力計算

優(yōu)化設計后，該井的生產(chǎn)情況如圖4所示，油井免修期由不到6個月提高到了30個月，目前仍然在正常生產(chǎn)，說明該工藝技術(shù)對于高含水老油田穩(wěn)產(chǎn)、低產(chǎn)井長期持續(xù)生產(chǎn)具有較好效果。

5 結(jié)論

1) 設計了旁通閥液力反饋抽油泵，解決了大斜度稠油井檢泵周期短、系統(tǒng)效率低的問題。該工藝技術(shù)為油田開發(fā)后期井況較復雜的低產(chǎn)井采油提供了新的思路。

圖4 生產(chǎn)動態(tài)曲線

2) 該泵通過損失排量達到為管柱下行提供動力的目的，結(jié)構(gòu)設計巧妙，能夠提高泵充滿程度，同時減小桿柱交變載荷，對復雜井況適應性較強。

3) 現(xiàn)場應用表明，對于大斜度井、稠油井等復雜井況，通過優(yōu)化舉升工藝系統(tǒng)，保證配套措施的全面性和完整性，是舉升系統(tǒng)長期高效安全運行的關(guān)鍵。