李 軍，付小坤,2，付 鵬，付天明，陳啟龍，郭 斌，谷 旭

1中石化西北油田分公司 2西南石油大學(xué) 3中石化中原石油工程有限公司

0 引言

塔河油田主要為碳酸鹽巖縫洞型油藏，油藏埋藏深，隨著油田逐漸開(kāi)發(fā)，地層能量逐漸下降，機(jī)采井井?dāng)?shù)不斷增加，泵掛逐漸加深，桿式泵因下深最大可達(dá)4 000 m而被廣泛應(yīng)用，已在塔河油田應(yīng)用500余井次。但隨著深抽、注水、注氣工作的大規(guī)模開(kāi)展，井況愈加惡劣，導(dǎo)致常規(guī)桿式泵問(wèn)題逐漸凸顯[1-10]，每年因桿式泵卡泵、凡爾漏失、解封困難及泵座損傷造成的修井達(dá)60井次，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)時(shí)效，增加了采油成本。為此，在原有常規(guī)桿式泵的基礎(chǔ)上，研制了一種易解封防漏防卡深抽桿式泵，該工藝解決了桿式泵易卡泵、凡爾易漏失、解封困難、泵座損傷漏失等問(wèn)題，滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求，延長(zhǎng)了油井的生產(chǎn)周期。

1 改進(jìn)設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

該深抽桿式泵主要由泵筒總成、柱塞總成、球閥總成、泵座總成構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

1.閥桿異徑接頭；2.閥桿導(dǎo)向套；3.泵座；4.支撐密封總成；5.閥桿；6.解封接頭；7.上部加長(zhǎng)短接；8.出油閥；9.長(zhǎng)泵筒；10.短柱塞；11.出油閥；12.下部加長(zhǎng)短接；13、14.固定閥。

(1)泵體。由泵筒總成和柱塞總成組成。泵筒總成由閥桿導(dǎo)向套、頂部密封支撐總成、彈性鎖爪、解封接頭、上下加長(zhǎng)短接及雙進(jìn)油閥通過(guò)螺紋依次連接組成；柱塞總成由閥桿接頭、閥桿、上游動(dòng)閥罩、上下出油閥以及柱塞通過(guò)螺紋依次連接組成。

(2)泵座總成。由上接頭、支撐座封環(huán)、下接頭通過(guò)螺紋依次連接組成，具體結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 泵座總成結(jié)構(gòu)圖

(3)泵筒與泵座之間通過(guò)頂部鎖緊支撐總成上的彈性鎖爪與上部泵座卡緊鎖死，使泵體在正常工作時(shí)不與外工作筒脫開(kāi)。

1.2 關(guān)鍵部件改進(jìn)

(1)桿式泵的鎖爪坐封面倒角由60°改為45°，改變解封時(shí)鎖爪的受力狀態(tài)，減小了在起泵時(shí)脫卸力，使桿式泵解封更容易，有利于防止支撐座封環(huán)在起泵作業(yè)時(shí)被拉裂，降低因桿式泵不能解封和泵座座封環(huán)裂導(dǎo)致的檢泵作業(yè)，鎖爪坐封倒角改進(jìn)示意圖如圖3所示。

1.閥桿導(dǎo)向套；2.過(guò)液通道；3.支撐密封環(huán)；4.鎖爪；5.機(jī)鎖芯軸；6.機(jī)鎖接頭；7.支撐皮碗；8.皮碗座圈；9.皮碗壓帽；10.解封接頭；11.短接；12.上接頭；13.支撐座封環(huán)；14.下接頭；15.閥桿；16.上游動(dòng)閥罩。

(2)泵座鋼圈由24 mm加高至34 mm，間隙配合改為過(guò)盈配合，即座封環(huán)外徑由9 mm擴(kuò)大至9.5 mm,泵座材質(zhì)由45#鋼改進(jìn)為P110材質(zhì)，抗拉強(qiáng)度由30 t上升到90 t；降低零件硬度(硬度降低7 HRC)，減少因硬度過(guò)高導(dǎo)致的斷裂；提高強(qiáng)度，降低坐封、解封時(shí)鋼圈破損風(fēng)險(xiǎn)，有效減少泵座鋼圈漏失導(dǎo)致的檢泵井次。

(3)將桿式泵的單固定閥改為雙固定閥，起到雙保險(xiǎn)作用，并將不銹鋼材質(zhì)的閥球、閥座全部改為碳化鈦合金球、碳化鎢合金座，表面硬度由200 HV提高至1 620 HV,提高閥球、閥座耐磨性和抗沖擊性能，降低固定閥漏失的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)軟密封由后置型改為前置型，避免出現(xiàn)軟密封經(jīng)過(guò)泵座被剪切后掉落，因抽汲作用進(jìn)入泵筒，卡于閥座處，導(dǎo)致閥漏失的情況；在密封皮碗材料中添加玻璃纖維和碳粉，改善其抗剪切性能，提高坐封的可靠性。

(5)泵出液口由斜口改為直口[11-14]，出液口處沉物空間由0.01 L擴(kuò)大為0.14 L，降低泵上部油管異物沉降進(jìn)入泵筒造成的卡泵風(fēng)險(xiǎn)，見(jiàn)圖4。

1.出液口；2.上接頭；3.支撐密封環(huán)；4.下接頭；5.閥桿導(dǎo)向套；6.皮碗壓帽；7.皮碗座圈；8.支撐皮碗；9.機(jī)鎖心軸；10.鎖爪；11.機(jī)鎖接頭。

(6)上游動(dòng)閥總成整體式閥罩改成通徑分體式閥罩，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高50%;游動(dòng)閥罩斜面角度由15°上升到45°，增大解封桿式泵時(shí)接觸面軸向分力，降低卡泵風(fēng)險(xiǎn)，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

1.閥桿導(dǎo)向套；2.過(guò)液通道；3.支撐密封環(huán)；4.鎖爪；5.機(jī)鎖芯軸；6.機(jī)鎖接頭；7.支撐皮碗；8.皮碗座圈；9.皮碗壓帽；10.解封接頭；11.短接；12.上接頭；13.支撐座封環(huán)；14.下接頭；15.閥桿；16.上游動(dòng)閥罩。

(7)改進(jìn)解封接頭材質(zhì)，采用不銹鋼材質(zhì)，硬度23～28 HRC，使解封接頭和游動(dòng)閥罩二者硬度接近，避免低硬度材質(zhì)發(fā)生形變。

1.3 改進(jìn)后的工作原理

先將上接箍、支承管和鎖緊密封支承接頭連接在油管下，隨油管下入到油井中預(yù)定深度，然后將泵筒和柱塞總成連接在抽油桿柱下端下入到油管內(nèi)，泵體隨抽油桿下到泵座處時(shí)，支撐鎖爪受壓形變收縮，在泵座鋼圈處形成鎖緊力，軟密封膠筒發(fā)生塑性形變，形成二次密封，硬密封靠金屬密封錐面形成密封，泵體座封在油管上的支承位置后,調(diào)整好各項(xiàng)作業(yè)參數(shù)，即可正常起抽生產(chǎn)。

與常規(guī)桿式泵工作原理相同，上沖程時(shí)，抽油桿帶動(dòng)柱塞向上運(yùn)動(dòng)，固定閥閥球在沉沒(méi)壓力的作用下打開(kāi)，井筒內(nèi)液體由固定閥進(jìn)入泵筒內(nèi)，游動(dòng)閥的閥球在柱塞上部液柱的作用下關(guān)閉，將液體排出泵筒，通過(guò)油管進(jìn)入井口管道。下沖程時(shí)，柱塞隨抽油桿向下運(yùn)動(dòng)，泵腔內(nèi)液體受壓、壓力逐漸升高，游動(dòng)閥被頂開(kāi)，固定閥關(guān)閉，由固定閥進(jìn)泵筒內(nèi)的液體通過(guò)游動(dòng)閥進(jìn)入柱塞上部空間。當(dāng)泵體出現(xiàn)故障時(shí)，只需要將泵體提出進(jìn)行更換，大大降低作業(yè)成本。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

截至2021年4月，易解封防漏防卡深抽桿式泵已在塔河油田應(yīng)用68井次，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好，最大下深4 013 m，平均泵掛3 642 m，平均生產(chǎn)時(shí)間693 d，最長(zhǎng)達(dá)1 346 d，無(wú)因桿式泵故障導(dǎo)致檢泵，提高了油井生產(chǎn)時(shí)效，大大節(jié)約了采油成本。

TK1井2016年5月自噴轉(zhuǎn)機(jī)抽生產(chǎn)，完井下入普通?44 mm桿式泵，泵掛2 714 m，日平均產(chǎn)液量39.1 t，產(chǎn)油量25.3 t，含水率35.3%；2017年6月因卡泵進(jìn)行上修作業(yè)，檢泵起出桿式泵，泵筒內(nèi)有較多腐蝕物，導(dǎo)致柱塞卡死在泵筒里。2018年7月修井下入?38 mm易解封防漏防卡桿式泵，泵掛3 915 m，目前日平均產(chǎn)液量27.3 t,日均產(chǎn)油量12.07 t，含水率55.8%，該井周期注水注氣8次，重復(fù)解封、坐封8次，解封、坐封均正常，生產(chǎn)期間未發(fā)生過(guò)卡泵等異常，示功圖如圖6，平均泵效73.5%，高于塔河油田平均泵效，已累計(jì)增油1.32×104t，達(dá)到了防漏防卡等工藝目的。

圖6 修井后正常生產(chǎn)示功圖

3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)易解封防漏防卡桿式泵解決了普通桿式泵易卡泵、解封困難、閥漏失及泵座鋼圈易損壞等難題，提高了桿式泵的服役時(shí)間，滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求。

(2)易解封防漏防卡桿式泵采用頂部座封結(jié)構(gòu)，承載能力強(qiáng)，滿足塔河油田的深抽需求。

(3)易解封防漏防卡桿式泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)操作方便，應(yīng)用效果明顯，具有很高的推廣價(jià)值。