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低摩阻抽油泵在聚驱抽油机井中的应用解析
石油机械
2008年第36卷第1l期.I试验研究◆
CHINAPETROLEUMMACHINERY
一1一
低摩阻抽油泵在聚驱抽油机井中的应用‘
王洪海
(大庆油田有限责任公司采油工程研究院)
摘要三次采油聚合物驱抽油机井因聚合物浓度增加,杆柱下行阻力变大,杆柱产生弯曲;
引起抽油杆偏磨油管,造成杆断、管漏,抽油机井检泵周期缩短。
为了降低聚驱抽油机井杆柱下行阻力,减缓杆管偏磨,延长检泵周期,开发应用了低摩阻抽油泵。
为了改善低摩阻抽油泵在聚驱抽油机井中的应用效果,采用理论分析与室内试验相结合的方法,对低摩阻抽油泵结构参数进行了优化设计,并编制了低摩阻抽油泵结构参数优化设计软件,合理确定了低摩阻抽油泵的主要结构参数。
同时建立了选泵、检泵模板,对低摩阻抽油泵在聚驱抽油机井中的应用具有重要的指导意义。
数百口井现场试验应用表明,低摩阻抽油泵达到了降低摩阻,减缓杆管偏磨,延长检泵周期的目的。
关键词低摩阻泵杆管偏磨聚合物优化设计试验
开有很多环形槽,在保证泵效的前提下。
可以通过
—王一
百
增大柱塞与泵筒的间隙,缩短柱塞有效长度,来达到降低摩阻的目的。
流体经过收缩、扩张的流道,局部阻力增加,可以减少漏失。
与常规柱塞泵相
抽油机井杆管偏磨现象在国内外油田均有发生,杆管偏磨已成为缩短检泵周期,增加采油成本的主要原因之一。
特别是在油田开发进入高含水期和三次采油阶段,抽油机井杆管偏磨现象尤为突出。
大庆油田自聚合物驱油技术开始工业化应用以来,聚合物驱采出液的特殊性导致聚驱抽油机井和水驱见聚井杆管偏磨,出现杆断、管漏,检泵周期缩短。
聚驱抽油机井偏磨加剧主要是因为聚驱抽油机井采出液使杆柱下行阻力增加…,同时对杆柱施加法向力口。
的缘故。
为了降低聚驱抽油机井杆柱下行阻力、减缓杆管偏磨,延长检泵周期,大庆油田有限责任公司采油工程研究院在2004年对抽油机井杆管偏磨井进行治理,研究开发了低摩阻柱塞泵,并在大庆油田和国内其它油田聚合物驱油井上得到了较好的推广应用。
图1低摩阻抽油泵结构示意图
l一柱塞;2--泵筒
比,在相同漏失量的情况下,低摩阻抽油泵的柱塞与泵筒的间隙可以放大。
同时,因为聚驱采出液具有粘弹性,聚合物分子链在低摩阻抽油泵的缝隙中收缩、扩张,有拉伸应力产生,出现弹性行为,流体反拉伸表现为有效粘度增加,出现胀流特征,这种特征也会引起压力降,减缓了聚合物流体在缝隙中的流动速度,减少了漏失量。
所以,与常规柱塞泵相比,在相同漏失量的情况下,低摩阻泵的间隙
低摩阻抽油泵的工作原理
低摩阻抽油泵结构如图1所示。
泵在柱塞表面
拳基金项目:
黑龙江省重点科技攻关项目“抽油机井杆管偏磨治理技术研究”(GB03A.S02)。
低摩阻柱塞泵已申请国家专利。
专利申
请号:
03111015.0。
万方数据
一2~
石油机械2008年第36卷第ll期
还可以放大,进一步降低柱塞与泵筒之间的摩擦阻力。
低摩阻泵结构参数优化设计
1.低摩阻泵、常规泵摩阻和漏失量测试试验为了摸索低摩阻泵和常规泵在聚合物中漏失量和摩阻的变化规律,优化低摩阻泵的结构参数,进行了不同结构尺寸(包括槽宽、槽深、槽间距、泵间隙)的低摩阻泵和常规泵在一定聚合物浓度下的漏失量及摩阻测试试验。
试验流程见图2。
试验原理:
制作一套液压系统,将柱塞泵筒连于其中,柱塞拆去游动阀,两端堵死,并在两端各加装一支存储式电子压力计后装入柱塞泵筒内。
通过高压泵将试验介质沿高压胶管加压,直到压力值达到
10
MPa,稳压3min,然后打开控制阀,用量筒从
出液管一端测取漏失量,再取出柱塞两端的压力计,在压力回放系统上进行压力回放,读取相对应的2个压力值,这2个压力值的差即是该柱塞与泵筒的阻力。
图2柱塞与泵筒漏失量和摩阻测试流程简图
1一控制阀;2一柱塞泵筒;3、5一存储式
压力计;4一柱塞;6一高压胶管;7一加
压泵;8一介质槽;9~废液槽;10一出液管
2.低摩阻泵、常规泵摩阻和漏失量数学模型的建立
根据试验数据对影响漏失量和摩阻的参数进行回归分析,建立了低摩阻泵、常规泵的漏失量和摩阻数学模型:
Qf=776.080
8讲3“5(Do—D1)1.921
9×
口0’3394cm
057
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2
(1)
Ft=0.938
8谚6701(战一Df)一‘635
7
x
a-o.5833c—o‘517
8b0‘胡82
9_,,o・133
(2)Q=20
966.160
2D:
,o归3(Do—Df)2・5934×
叼.0・1盼5
(3)
F=1.061
8D?
6701(仇一Di)一・63”叼0‘1332(4)
式中口f——低摩阻泵的漏失量,mL/min;
F;——低摩阻泵的摩阻,N;
万方数据
Q——常规泵的漏失量,mL/min;
卜常规泵的摩阻,N;
D;——柱塞的直径,mm;
仇——泵筒的内径,mm;
a——槽宽,mm;
卜槽深,mm;
6——槽间距,mm;
田——聚合物的质量浓度,mg/L。
3.低摩阻泵结构参数优化方法研究
为了研究柱塞直径、泵间隙、槽的几何尺寸、聚合物质量浓度对漏失量和摩阻的影响,假设其中的一个参数在一定范围内有规律地变化,其余的参数不变,可以用公式(1)和(2)分析优化这个参数。
其它的参数同样可以按照上述的方法进行优化(图3一图8)。
由图3可知,漏失量和摩阻随柱塞直径的增大而增大。
但在实际生产中,每口井的产量是一定的,由此决定了泵型,所以柱塞直径由实际产量来确定。
.0・9・8.7
.6至
.5i
t4髓
・3・2.1
桂塞直径/mm
图3当口=3mnl,6=3mm,c--3mm,Do
—Df=0,15
mm,叼=300
mg/L时,
柱塞直径职对漏失量和摩阻的影响
由图4可知,漏失量随泵间隙的增大而增大,摩阻随泵间隙的增大而减小。
2条曲线交点的对应的横坐标是最优泵间隙。
,
。
岳
暑
●
一
≤删水晤
泵间陬/m“
图4当a=3mlm,b=3mF/l,c=3ram,
D‘=83
rain,叼2300
mg/L时,泵
间隙Do—D。
对漏失量和摩阻的影响
由图5可知,漏失量随槽宽的增加而增加,摩阻随槽宽的增加而减小,2条曲线的交点横坐标就
2008年第36卷第1I期王洪海:
低摩阻抽油泵在聚驱抽油机井中的应用一3一
是最优槽宽。
由图6可知,漏失量和摩阻随槽深的增加而减小,所以槽越深越好,但考虑到柱塞的工作强度,
槽深最大只能取3姗。
Z_
\疑
强
槽宽/mm
图5当6=3
mm,c=3姗,D£=83mill,
D0一Di=0.1
5mnl,田2300
mg/L
时,槽宽口对漏失量和摩阻的影响
Z一
\岛套
槽深/mm
图6当口=3mnl,b=3mm,Di=83mm,
Do—Di=O.15nllnl,田=300脚Ig/L时,槽深c对漏失量和摩阻的影响
一:
{;
Z_
童;
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髓
O
槽问距/ram
图7当a=3咖,c=3嘲,Dj=83
mlll,
仇一Df=0.15
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时,槽间Ve.b对漏失量和摩阻的影响
5.04.5
T
4.0
或
Zl
毫2.5
口:
舟■石j鞘
+聚合物质量浓度与
4
疆
漏失鲢的关系曲线
髓
赡I.0
+聚合物质量浓度与
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摩阻的关系曲线
O
200
400
600
8.00
1
邓却扣扣如基
聚合物质量浓度/(rag・L1)
图8当口=3咖,b=3mln,c=3mm,Di
=83咖,Do一玩=O.15彻时,聚合
物质量浓度对漏失量和摩阻的影响
万方数据
由图7可知,漏失量和摩阻随槽间距的增加而增加,所以槽间距越小越好,由于必须考虑柱塞的工作强度,槽间距最小取2
mm。
由图8可知,漏失量随聚合物质量浓度的增加而减小,摩阻随聚合物质量浓度的增加而增加。
由于油井中产出液的聚合物质量浓度是一定的,所以
聚合物质量浓度不作为优化的参数,它由实际产出液决定。
4.低摩阻泵结构参数优化设计软件编制按照上述低摩阻泵结构参数优化方法制定程序设计框图(图9),并编制了低摩阻泵结构参数优化设计软件。
图lO和图l1是利用该软件优化的低摩阻泵和常规泵摩阻与漏失量对比曲线。
从中可以看出,低摩阻泵摩阻比常规泵摩阻平均降低了30%左右。
利用相似理论和最小二乘法对柱寒直径、泵间隙、槽宽、槽深、槽间距、聚合物质量浓度进行回归分析
拟合低摩阻泵和常规泵漏失量与摩阻的表达式
录入柱塞直径、泵问隙、槽宽、槽深、槽间距、聚台物质量浓度数据
利用非线性算法给出漏失量和摩阻的优化结果
图9低摩阻泵结果参数优化设计程序框图
1
1mill低摩阻泵I
mm常规泵耋1
mm低摩阻泵i1
rum常规泵Io
mm低摩阻泵mm常规泵
000
聚合物质量浓度/(rag・L。
)
图lO常规泵和低摩阻泵摩阻对比曲线
,
‘C
E
●
mm低摩阻泵
J
mm常规泵
≮一mm低摩阻泵
状mm常规袭赡
mm低摩阻泵film常规泵
聚合物质量浓度/(rag-L“)
图ll常规泵和低摩阻泵漏失量对比曲线
工程应用模板的制定
抽油泵在选井选泵和施工前,必须确定泵的级
一4一
石
油机械2008年第36卷第11期
别,同时要对其进行检验。
依据低摩阻泵结构参数优化设计结果,制定了低摩阻抽油泵选泵标准模板(图12),依据油井采出液的含聚浓度,确定泵的级别。
Z_
(3)低摩阻泵的受压载荷比常规泵低,说明低摩阻泵降低了摩阻。
:
瞧61.—、‘30迨
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600
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杆柱下入深度/m
聚级剐
图12低摩阻抽油泵选泵标准模板
图14胜利油田l一3—5l井常规泵
与低摩阻泵杆柱受力状况
低摩阻泵是针对聚驱采出井设计的,用聚合物溶液检泵很复杂,不利于生产。
为此,通过试验,得出用常规检泵介质柴油的漏失量代替含聚流体检低摩阻泵漏失量的标准,并制定出相应的检泵模板,图13是683mm低摩阻泵的检泵模板。
,
.量E一
结论
(1)通过理论分析和室内试验相结合的方法,对低摩阻泵结构参数进行了合理优化,编制了低摩阻泵结构参数优化设计软件,并制定了相应的工程应用模板,对低摩阻泵在聚驱抽油机井中的推广应用具有重要的指导意义。
(2)现场试验表明,低摩阻抽油泵在聚驱抽油机井的应用能够达到降低杆柱下行阻力,减缓杆
≮一冰褒
泵级别
图13鹋3岫低摩阻泵的检泵模板
现
管偏磨的目的。
参考文献
场应用
[1]王德民.粘弹性流体的特殊性对油藏工程、地面工程及采油工程的影响.大庆石油学院学报,2001,25(3):
46—52.
自2005年以来,低摩阻泵已在大庆油田、胜利油田现场应用了数百口井,收到了降低下行阻力和减缓杆管偏磨的效果。
笔者在胜利油田1—3—51井上利用专用测试仪器对常规柱塞泵和低摩阻泵杆柱受力状况进行了测试,结果见图14。
该井下人卵0mm泵,泵挂深度900Ill,动液面740m,测试结果表明:
(1)常规抽油泵杆柱最大压力6.35kN,杆柱的受力中和点在600
m,600
[2]杨超,范士娟.直井中抽油杆柱的偏磨计算.大庆石油学院学报,2000,24(4):
68—70.
作者简介:
王洪海,工程师,生于1974年,1998年毕业于西南石油学院机械设计及制造专业,现从事机械采油研究工作。
地址:
(163453)黑龙江省大庆市。
电话:
(0459)
5961949。
m以下的杆柱受压。
收稿日期:
2008—06—07
(本文编辑赵连禄)
(2)低摩阻泵杆柱最大压力2kN,杆柱的受力中和点在750m,比常规泵下移了150
m。
万方数据
低摩阻抽油泵在聚驱抽油机井中的应用
作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期:
被引用次数:
王洪海,WangHonghai
大庆油田有限责任公司采油工程研究院石油机械
CHINAPETROLEUMMACHINERY2008,36(110次
参考文献(2条
1.王德民粘弹性流体的特殊性对油藏工程、地面工程及采油工程的影响[期刊论文]-大庆石油学院学报2001(032.杨超.范士娟直井中抽油杆柱的偏磨计算[期刊论文]-大庆石油学院学报2000(04
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2010年9月30日
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- 低摩阻 抽油泵 抽油机 中的 应用 解析