大庆油田第二采油厂作业大队
摘要：目前，大庆油田聚驱抽油机井数逐年增多，聚驱采出液具有粘度高、含砂等特性，在开采过程中常规抽油泵表现出明显的不适应性。因此，研制新型液力密封抽油泵，提高举升效率，降低下行阻力。现已在采油二厂开展现场试验，应用结果表明,该泵具有较高的泵效,延长了检泵周期,节省了作业费用,具有广阔的应用前景。
关键词：液力启动；聚驱；密封环；下行阻力；
一、前言
目前，大庆油田抽油机机采方式应用最为广泛，在聚驱和三元复合驱区块得到了较好的应用，但由于采出液具有粘度高、含砂、含垢等特性，采出过程中，砂卡、垢卡、漏失等影响检泵周期和泵效的因素较为突出，大庆油田老区抽油机平均泵效为48.92%，外区平均泵效为28.87%，由于抽油机系统效率较低，导致大量的能源被消耗，降低采出液的产量，增加了企业的运行成本。本文提出，通过开展新型液力密封举升工艺技术研究，来实现提高聚驱抽油机井举升效率、降低下行阻力，延长检泵周期。
大庆油田在用聚驱抽油机总井数达到8681口井，在机采设备中占主导地位，但目前采出液具有粘度高、含砂等特性，在开采过程中常规抽油泵表现出明显的不适应性：
（1）泵效方面，常规柱塞抽油泵，柱塞与泵筒间存有一定的间隙，柱塞在上冲程运动时会有一定的漏液损失，聚驱抽油机井平均泵效为47.07%。
（2）杆管偏磨方面，由于聚合物粘度较大，柱塞在下冲程运动时受到的黏滞阻力较大，导致抽油杆弯曲变形，长时间运转容易使抽油杆疲劳断裂，加速杆管磨损程度。当采出液中含有大量气体时，活塞在下冲程运动时，由于气体的压缩比较大，会对液面产生撞击，引起泵体和油管的震动。
（3）卡泵方面，由于采出液中含有一定量的砂砾和油垢，当泵筒内砂砾或油垢积存到一定量，柱塞在下冲程运动时，由于柱塞与泵筒的间隙较小，可能会出现卡泵的现象，从而降低柱塞泵的使用寿命，对整个抽油机系统造成影响，缩短检泵周期。
二、液力密封柱塞泵的结构特征和工艺原理
（一）结构特征
液力密封柱塞抽油泵的柱塞由出油阀总成、上接头、中心管、圆形凹槽、密封环、锁紧螺母、下接头等组成，再与常规泵筒总成和固定阀总成一起组成普通型液力启动软柱塞抽油泵.
在柱塞流道内设有中心杆筛管，在筛管外部套有弹性密封体，在弹性密封体外部套有非金属密封环和金属环，非金属密封环主要起到密封作用，金属环主要起到支撑与骨架作用，当柱塞在上冲程运动时，采出液从筛管的通孔作用到弹性密封体，使非金属密封环产生膨胀，起到密封的作用。
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（二）工作原理
当柱塞上行时，游动阀关闭，在泵上液柱压力的作用下，柱塞上下产生很大压差，密封环的特殊结构设计，使其在承受液体密封压力的同时，产生一定的外向张力，膨胀变形贴紧泵筒内壁，与泵筒保持零间隙密封，此时泵筒与柱塞之间的漏失量接近零，加之增强的抽吸作用加大了泵的充满系数，因而有效地提高了泵效。
当柱塞下行时，被柱塞分割的泵筒上下腔连通，密封环上下表面压力平衡，密封环收缩会最初状态，与泵筒内壁间隙配合，这样可使柱塞下行阻力减少，减缓抽油杆弯曲程度，从而减轻杆管磨损程度，同时又可防止固体颗粒卡泵。
三、液力密封柱塞泵室内试验
（一）液力密封柱塞泵的工作性能
室内试验条件以水为介质，泵深840米，测试泵在3m冲程，3、4、5、6冲次/分，动液面在100-800米下的示功图和电流参数，计算各液面在不同冲次下，泵效、系统效率、吨液百米耗电，试验结果表明：4个冲次在液面800米，最高泵效为78.8%，最低泵效为73%；4个冲次在液面在800米，最高系统效率为59%，最低系统效率为44%；4个冲次在液面800米，最低吨液百米耗电为0.46kw.h/t.100m，最高吨液百米耗电为0.62kw.h/t.100m；
为对比液力密封柱塞泵与常规柱塞泵的性能，在室内试验同样开展了常规Ф70Ⅱ级间隙柱塞泵泵效和下行阻力试验研究.试验结果表明：在同等试验条件下液力密封柱塞泵泵效与常规Ф70Ⅱ级间隙抽油泵相比，泵效低2.5个百分点，下行阻力降低0.51KN。
（二）密封环的性能
密封环是液力密封柱塞泵的核心部分，柱塞密封环性能的好坏决定了该泵的使用性能。在大量室内研究的基础上，改进了橡胶配方，重点增加皮碗的耐温性、耐腐蚀性，以提高回弹性、抗老化性能和耐磨性能等各项性能指标。为了提高纤维的粘着强度和抗撕裂强度,采用高强度纤维，做了大量的物理性能试验，密封环的性能指标。
密封环的外形尺寸采用凹槽斜面式结构(图4)，其结构简单可靠，在上冲程时，使皮碗能够顺利张开，下冲程时皮碗收回，各密封皮碗处于最佳的受力状态，工作中环间压力分配最为合理。通过分析密封环在4种开口尺寸(3、4、5、6mm)情况下，流经每个密封环的液体，均能够实现压力、湍动能、速度的等量递减，使每个密封环实现均匀膨胀。室内实验运行34天，约200小时，柱塞没有发生脱槽的现象，密封环几乎没有磨损
（三）室内试验小结
1、验证了液力密封柱塞泵的工作原理在实际运行中能够实现，并表现出较好的工作性能；
2、验证了液力密封柱塞泵的结构设计较合理，在试验中没有发生脱槽的现象，选取的密封环材质在试验累计200h，后几乎没有任何磨损；
3、冲次会对密封环的膨胀速度与漏失速度产生影响，综合来看冲次为5次/min时，泵效与系统效率最大，液面在800米时泵效为78.8%，系统效率为59%；
4、在同等试验条件下液力密封柱塞泵泵效与常规Ф70Ⅱ级抽油泵相比，泵效低2.5个百分点，下行阻力降低0.51KN。
四、现场应用及效果分析
2017年，在采油二厂N2-D2-P216聚驱井开展现场试验，该井泵深850m，冲程5.5m，冲次4 min-1，泵径φ70，措施后泵效提高5%，下冲程阻力降低4.5kN。
五、结论
新型液力密封柱塞泵可降低聚驱运行阻力，有效延长检泵周期，同时，通过柱塞上密封环的膨胀和收缩实现超间隙密封,减少泵漏失,提高泵效5%～15%。检泵时,在泵筒及管柱完好的况下不动油管管柱，只通过起下抽油杆完成检泵作业,减少作业时间，降低作业成本。今后可在φ70mm液力密封柱塞抽油泵的基础上完善φ44mm、φ57mm液力密封柱塞抽油泵系列。
论文作者:张庆吉
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/25
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