1、石油機械2 0 0 8年第3 6卷第11期.1試驗研究.CHINAPETROLEUMMACHINERY一1一低摩阻抽油泵在聚驅(qū)抽油機井中的應用王洪海（大慶油田有限責任公司采油工程研究院）摘要三次采油聚合物驅(qū)抽油機井因聚合物濃度增加，桿柱下行阻力變大，桿柱 產(chǎn)生彎曲；引起抽油桿偏磨油管，造成桿斷、管漏，抽油機井檢泵周期縮短。為了降低聚 驅(qū)抽油機井桿柱下行阻力，減緩桿管偏磨，延長檢泵周期，開發(fā)應用了低摩阻抽油 泵。為了改善低摩阻抽油泵在聚驅(qū)抽油機井中的應用效果，采用理論分析與室內(nèi)試 驗相結(jié)合的方法，對低摩阻抽油泵結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化設計，并編制了低摩阻抽油 泵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計軟件，合理確定了低摩阻抽

2、油泵的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。同時建立了 選泵、檢泵模板，對低摩阻抽油泵在聚驅(qū)抽油機井中的應用具有重要的指導意義。 數(shù)百口井現(xiàn)場試驗應用表明，低摩阻抽油泵達到了降低摩阻，減緩桿管偏磨，延長 檢泵周期的目的。關鍵詞低摩阻泵桿管偏磨聚合物優(yōu)化設計試驗開有很多環(huán)形槽，在保證泵效的前提下?？梢酝ㄟ^王一增大柱塞與泵筒的間隙，縮短柱塞有效長度，來達到降低摩阻的目的。流體經(jīng) 過收縮、擴張的流道，局部阻力增加，可以減少漏失。與常規(guī)柱塞泵相抽油機井桿管偏磨現(xiàn)象在國內(nèi)外油田均有發(fā)生，桿管偏磨已成為縮短檢泵周 期，增加采油成本的主要原因之一。特別是在油田開發(fā)進入高含水期和三次采油階 段，抽油機井桿管偏磨現(xiàn)象尤為突出。大慶油田

3、自聚合物驅(qū)油技術開始工業(yè)化應用 以來，聚合物驅(qū)采出液的特殊性導致聚驅(qū)抽油機井和水驅(qū)見聚井桿管偏磨，出現(xiàn)桿 斷、管漏，檢泵周期縮短。聚驅(qū)抽油機井偏磨加劇主要是因為聚驅(qū)抽油機井采出液 使桿柱下行阻力增加，同時對桿柱施加法向力口。的緣故。為了降低聚驅(qū)抽油機 井桿柱下行阻力、減緩桿管偏磨，延長檢泵周期，大慶油田有限責任公司采油工程 研究院在2004年對抽油機井桿管偏磨井進行治理，研究開發(fā)了低摩阻柱塞泵， 并在大慶油田和國內(nèi)其它油田聚合物驅(qū)油井上得到了較好的推廣應用。圖1低摩阻抽油泵結(jié)構(gòu)示意圖1 一柱塞；2泵筒比，在相同漏失量的情況下，低摩阻抽油泵的柱塞與泵筒的間隙可以放大。同 時，因為聚驅(qū)采出液具有粘

4、彈性，聚合物分子鏈在低摩阻抽油泵的縫隙中收縮、擴 張，有拉伸應力產(chǎn)生，出現(xiàn)彈性行為，流體反拉伸表現(xiàn)為有效粘度增加，出現(xiàn)脹流 特征，這種特征也會引起壓力降，減緩了聚合物流體在縫隙中的流動速度，減少了 漏失量。所以，與常規(guī)柱塞泵相比，在相同漏失量的情況下，低摩阻泵的間隙低摩阻抽油泵的工作原理低摩阻抽油泵結(jié)構(gòu)如圖1所示。泵在柱塞表面拳基金項目：黑龍江省重點科技攻關項目“抽油機井桿管偏磨治理技術研究” (GB 0 3A.s 02)。低摩阻柱塞泵已申請國家專利。專利申2008年第36卷第11試蛉研究請?zhí)枺?3111015.0。萬方數(shù)據(jù)一2石油機械2 0 0 8年第3 6卷第11期還可以放大，進一步降低柱

5、塞與泵筒之間的摩擦阻力。低摩阻泵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計1 .低摩阻泵、常規(guī)泵摩阻和漏失量測試試驗為了摸索低摩阻泵和常規(guī)泵在聚 合物中漏失量和摩阻的變化規(guī)律，優(yōu)化低摩阻泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進行了不同結(jié)構(gòu)尺寸 （包括槽寬、槽深、槽間距、泵間隙）的低摩阻泵和常規(guī)泵在一定聚合物濃度下的 漏失量及摩阻測試試驗。試驗流程見圖2。試驗原理：制作一套液壓系統(tǒng)，將柱塞 泵筒連于其中，柱塞拆去游動閥，兩端堵死，并在兩端各加裝一支存儲式電子壓力 計后裝入柱塞泵筒內(nèi)。通過高壓泵將試驗介質(zhì)沿高壓膠管加壓，直到壓力值達到10MPa,穩(wěn)壓3min,然后打開控制閥，用量筒從出液管一端測取漏失量，再取出柱塞兩端的壓力計，在壓力回放系統(tǒng)上進

6、行壓 力回放，讀取相對應的2個壓力值，這2個壓力值的差即是該柱塞與泵筒的阻力。圖2柱塞與泵筒漏失量和摩阻測試流程簡圖1一控制閥；2一柱塞泵筒；3、5存儲式壓力計；4一柱塞；6高壓膠管；7加壓泵；8介質(zhì)槽；9廢液槽；10一出液管2 .低摩阻泵、常規(guī)泵摩阻和漏失量數(shù)學模型的建立根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對影響漏失量和摩阻的參數(shù)進行回歸分析，建立了低摩阻泵、常 規(guī)泵的漏失量和摩阻數(shù)學模型：Qf = 7 7 6.0 8 08講3“5(DoD1)1.9219x口 0 3 3 9 4 cm0 5 786n 1599,，一0.2333(1)Ft=0.9388 諺 6 7 0 1 (戰(zhàn)一 Df) 6357a-o.5 8 3

7、 3 c o 4 5178bO 胡829_,o 133(2)Q=20966.1602D：,o歸3(DoDf)2 5 9 3 4 x叼.01盼5(3)F=1.0618D? 6 7 0 1 (仇一 Di) 一 63 叼 0 1 3 3 2 ( 4 )式中口 f低摩阻泵的漏失量，mL/min；F；低摩阻泵的摩阻，N；萬方數(shù)據(jù)Q常規(guī)泵的漏失量，mL/min；卜常規(guī)泵的摩阻，N；D；柱塞的直徑，mm；仇泵筒的內(nèi)徑，mm；a槽寬，mm；卜槽深，mm；6 槽間距，mm；田聚合物的質(zhì)量濃度，mg/L。7 .低摩阻泵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法研究為了研究柱塞直徑、泵間隙、槽的幾何尺寸、聚合物質(zhì)量濃度對漏失量和摩阻 的影響

8、，假設其中的一個參數(shù)在一定范圍內(nèi)有規(guī)律地變化，其余的參數(shù)不變，可以 用公式（1）和（2）分析優(yōu)化這個參數(shù)。其它的參數(shù)同樣可以按照上述的方法進 行優(yōu)化（圖3圖8）。由圖3可知，漏失量和摩阻隨柱塞直徑的增大而增大。但在實際生產(chǎn)中，每口 井的產(chǎn)量是一定的，由此決定了泵型，所以柱塞直徑由實際產(chǎn)量來確定。.098.7.6至.5it4髓32.1桂塞直徑/mm圖3當口=3mnl,6 = 3mm,c3mm,DoDf = 0,15mm,叼=300mg/L時，柱塞直徑職對漏失量和摩阻的影響由圖4可知，漏失量隨泵間隙的增大而增大，摩阻隨泵間隙的增大而減小。2 條曲線交點的對應的橫坐標是最優(yōu)泵間隙。,。岳暑上S刪水晤

9、泵間陬/m“圖4當a = 3mlm,b = 3mF/l,c = 3ram,D=83rain,叼 2 3 0 0mg/L時，泵間隙DoD。對漏失量和摩阻的影響由圖5可知，漏失量隨槽寬的增加而增加，摩阻隨槽寬的增加而減小，2條曲 線的交點橫坐標就2 0 0 8年第3 6卷第II期王洪海：低摩阻抽油泵在聚驅(qū)抽油機井中的應用 一3 一是最優(yōu)槽寬。由圖6可知，漏失量和摩阻隨槽深的增加而減小，所以槽越深越好，但考慮到 柱塞的工作強度，槽深最大只能取3姍。Z_疑強槽寬/mm圖5當6 = 3mm,c = 3姍，D=8 3mill,D0Di=0.15mnl,田 2 3 0 0mg/L時，槽寬口對漏失量和摩阻的影

10、響Z 一島套槽深/mm圖6當口=3mnl,b = 3mm,Di=8 3mm,Do Di=O.15nllnl,田= 3 0 0 腳Ig/L時，槽深c對漏失 量和摩阻的影響;z_里；、逝塞：髓0槽問距/ram圖7當a = 3咖，c = 3嘲，Dj=83 mill,仇一Df=0.15mm,田230 0mg/L時，槽間Ve.b對漏失量和摩阻的影響 5.04.5T4.0或zl毫2.5:舟*j鞘+聚合物質(zhì)量濃度與4疆漏失鰱的關系曲線髓贍1.0+聚合物質(zhì)量濃度與0.5摩阻的關系曲線O2 0 04 0 06 0 08.001鄧卻扣扣如基聚合物質(zhì)量濃度/(rag L1)圖8當口=3咖，b = 3mln,c =

11、3mm,Di=83咖，Do一玩=0.15徹時，聚合物質(zhì)量濃度對漏失量和摩阻的影響萬方數(shù)據(jù)由圖7可知，漏失量和摩阻隨槽間距的增加而增加，所以槽間距越小越好，由 于必須考慮柱塞的工作強度，槽間距最小取2mm。由圖8可知，漏失量隨聚合物質(zhì)量濃度的增加而減小，摩阻隨聚合物質(zhì)量濃度 的增加而增加。由于油井中產(chǎn)出液的聚合物質(zhì)量濃度是一定的，所以聚合物質(zhì)量濃度不作為優(yōu)化的參數(shù)，它由實際產(chǎn)出液決定。4 .低摩阻泵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計軟件編制按照上述低摩阻泵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法 制定程序設計框圖（圖9）,并編制了低摩阻泵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計軟件。圖10和 圖11是利用該軟件優(yōu)化的低摩阻泵和常規(guī)泵摩阻與漏失量對比曲線。從中可

12、以看 出，低摩阻泵摩阻比常規(guī)泵摩阻平均降低了30%左右。利用相似理論和最小二乘法對柱寒直徑、泵間隙、槽寬、槽深、槽間距、聚合 物質(zhì)量濃度進行回歸分析擬合低摩阻泵和常規(guī)泵漏失量與摩阻的表達式錄入柱塞直徑、泵問隙、槽寬、槽深、槽間距、聚臺物質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)利用非線性算法給出漏失量和摩阻的優(yōu)化結(jié)果圖9低摩阻泵結(jié)果參數(shù)優(yōu)化設計程序框圖1Imill低摩阻泵Imm常規(guī)泵耋1mm低摩阻泵ilrum常規(guī)泵Iomm低摩阻泵mm常規(guī)泵0 0 0聚合物質(zhì)量濃度/(ragLo)圖10常規(guī)泵和低摩阻泵摩阻對比曲線,CEmm低摩阻泵Jmm常規(guī)泵十一mm低摩阻泵狀mm常規(guī)襲贍mm低摩阻泵film常規(guī)泵聚合物質(zhì)量濃度/(rag

13、L)圖11常規(guī)泵和低摩阻泵漏失量對比曲線工程應用模板的制定抽油泵在選井選泵和施工前，必須確定泵的級一4一石油機械2 0 0 8年第3 6卷第11期另IJ,同時要對其進行檢驗。依據(jù)低摩阻泵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計結(jié)果，制定了低摩 阻抽油泵選泵標準模板(圖12),依據(jù)油井采出液的含聚濃度，確定泵的級別。Z_(3)低摩阻泵的受壓載荷比常規(guī)泵低，說明低摩阻泵降低了摩阻。:瞧6 1. 、 3 0迨5 0卜、囂.趔R4 0 1霎j習習耋聯(lián)、猷掣3 2。0降NP9。9礦心市卅咕 嘣13 0.784 54 0 0+低鼯阻泵上載衙+低摩阻泵下戟荷00霎800軀越1鹽z.oo 麓嘉=車= 2乇00。，6 0 01000桿

14、柱下入深度/m聚級剮圖12低摩阻抽油泵選泵標準模板圖14勝利油田1 -3 5 1井常規(guī)泵與低摩阻泵桿柱受力狀況低摩阻泵是針對聚驅(qū)采出井設計的，用聚合物溶液檢泵很復雜，不利于生產(chǎn)。 為此，通過試驗，得出用常規(guī)檢泵介質(zhì)柴油的漏失量代替含聚流體檢低摩阻泵漏失 量的標準，并制定出相應的檢泵模板，圖13是683mm低摩阻泵的檢泵模板。,.量E 一結(jié)論(1)通過理論分析和室內(nèi)試驗相結(jié)合的方法，對低摩阻泵結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了合 理優(yōu)化，編制了低摩阻泵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計軟件，并制定了相應的工程應用模板， 對低摩阻泵在聚驅(qū)抽油機井中的推廣應用具有重要的指導意義。(2)現(xiàn)場試驗表明，低摩阻抽油泵在聚驅(qū)抽油機井的應用能夠達

15、到降低桿柱 下行阻力，減緩桿市一冰褒泵級別圖13鹋3岫低摩阻泵的檢泵模板現(xiàn)管偏磨的目的。參考文獻場應用1王德民.粘彈性流體的特殊性對油藏工程、地面工程及采油工程的影 響.大慶石油學院學報，2001,25 (3):46 52.自2005年以來，低摩阻泵已在大慶油田、勝利油田現(xiàn)場應用了數(shù)百口井， 收到了降低下行阻力和減緩桿管偏磨的效果。筆者在勝利油田1351井上利 用專用測試儀器對常規(guī)柱塞泵和低摩阻泵桿柱受力狀況進行了測試，結(jié)果見圖1 4。該井下人卵0 mm泵，泵掛深度9 0 0 1 1 1,動液面7 4 0 m,測試結(jié)果表 明：(1)常規(guī)抽油泵桿柱最大壓力6.35kN,桿柱的受力中和點在600m

16、,6002楊超，范土娟.直井中抽油桿柱的偏磨計算.大慶石油學院學報，20 0 0,2 4 ( 4 ):6 8 7 0.作者簡介：王洪海，工程師，生于1 9 7 4年，1 9 9 8年畢業(yè)于西南石油學 院機械設計及制造專業(yè)，現(xiàn)從事機械采油研究工作。地址：(1 6 3 4 5 3 )黑龍 江省大慶市。電話：(0 4 5 9 )5 9 6 1 9 4 9。m以下的桿柱受壓。收稿日期：2 0 0 8 0 6 0 7(本文編輯趙連祿)(2)低摩阻泵桿柱最大壓力2kN,桿柱的受力中和點在7 5 0 m,比常規(guī) 泵下移了150m。萬方數(shù)據(jù)ra br解報低摩阻抽油泵在聚驅(qū)抽油機井中的應用作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期：被引用次數(shù):