连续举升抽油泵开题（改后）.doc

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连续举升抽油泵开题（改后）

编号:

重点科技攻关项目

开题报告

项目名称:

抽油机井连续举升泵研制

课题名称:

抽油机井连续举升泵研制

承担单位:

（盖章）胜利油田分公司孤岛采油厂研究起止年限:

2011.01-2012.12

胜利油田分公司

2010年11月16日

一、立项研究目的意义及必要性

孤岛采油厂共有油井2505口～开井2136口～占采油厂开井的90,。

主要举升工艺是以抽油机,抽油泵为主～抽油机井总井2320口～开井1979口～占孤岛采油厂的92.6,。

平均泵径62.25mm～平均泵深839.5米～平均动液面554.9米～平均冲程3.15～平均冲次5.971/min～平均单井日液57.2t/d～平均单井日油4.3t/d～综合含水92.5%～平均泵效66.4%～平均免修期556天～平均系统效率28.5,～吨液耗电量3.51KW.h～平均单井百米吨液耗电量0.63KW.h/100m.t。

表1孤岛采油厂举升方式采油指标

平均平均单井免修百米吨单井单井综合平均平均平均总井开井吨液采油方期液耗电日产日产含泵深泵液面数数耗电式KW.h/1液油口口KW.h水%m效%m天00t/tt/dt/d

抽油3.510.632320197957.24.392.6839.566.2554.9556机-泵

螺杆泵2.860.8114513248.73.393.2789.974.7355.4385

射流泵19935.82.194.0995.971.3348.7362

自喷201681.23.595.7

小计3.430.652505213656.84.292.6832.366.4537.6537

孤岛油田自1992投入注聚试验～1997年投入注聚开发～到目前为止孤岛油田稀油主力开发单元全部进入了聚驱转后续水驱开发。

目前共开油井1262口～平均泵深783m～平均动液面479.4m～平均泵径65.3mm～以Φ70mm和Φ83mm抽油泵两种抽油泵为主～占开井数的50,～其中Φ83mm抽油泵占开井数23.2,～平均冲程3.04m～平均冲次6.341/min～平均检泵周期533天。

生产特点是高含水、大泵径、高生产参数～因冲程利用率已经达到98.5,～对仍然有提液空间的井只有通过提高泵径和冲次来实现。

表2孤岛油田聚驱和后续水驱抽油机井深井泵分类统计表

百米平均单井单井平均平均平均综合检泵开井吨液泵径动液日产日产泵效冲程冲次泵挂含水周期数耗电面液油mm%口KW.h/m1/minm%dmt/dt/d100t44883.304.251214.6946.314.13.2377.174549.71.34563752.995.76893.8607.038.23.5390.758562.20.59571703.225.30919.5650.036.24.0888.455560.40.65703352.997.05670.8347.482.24.0195.151276.00.41832942.967.57542.9211.7130.64.6696.442180.10.35

—1—

合计12623.046.34783.0479.469.24.0194.253368.80.41

在高含水、高腐蚀油井采用大泵径和高冲次生产～带来了三方面的问题:

一是高速液流对泵阀的侵蚀磨损～造成泵效下降快～油井检泵周期短。

Φ83mm抽油泵平均检泵周期421天～其中小于365天的井169口～占开井的58,。

表3孤岛油田Φ83mm抽油泵检泵周期统计

平均单综合平均检泵平均百平均平均动免修期平均泵平均井数井日液含泵周期米吨液冲程液面范围深（m）冲次（m）（m）（t/d）水,效,（天）耗电

小于18059552.72.957.23219133.296.680.41090.37天

180-365110548.32.967.53183136.696.978.72660.39天

大于365122540.92.967.81182135.596.275.57040.43天

291545.92.967.58190135.296.582.44210.41合计

二是高冲次生产伴随的是抽油机的高能耗。

我们选注聚转后续水驱单元孤岛中一区馆3、馆4、馆3-6的原油物性相近～动液面稳定～泵挂深度接近的Φ83mm的抽油泵112口井进行统计～见表4。

表4孤岛油田中一区馆3、馆3-6单元Φ83mm泵生产指标

平均平均平均平均统计平均平均单井综合平均检泵冲次动液百米冲次范围井数泵深冲程日液含泵周期（1/m面吨液口）（m）（m）（t/d水,效,（天）in）（m）耗电）

122.096.90.30小于7.026515.32.9776.0215987.639645

97.40.317.0-8.554502.32.9787.51150153.688.44002

0.349.0-1032498.72.959.03155165.197.579.7360

97.30.32合计112504.32.9697.598155154.685.33798

由表4可以看出～随着冲次的增加～油井产量得到增加～而油井检泵周期和泵效下降～百米吨液耗电量增加。

目前采油厂电量紧张～截至到2010年8月底～采油厂电量

4超过760×10KW.h。

孤岛油田抽油机井的平均系统效率是28.5,～其中系统效率低于20,的井有523口～和国内同等油田的大庆采油九厂平均系统效率38.1%以及理论值相比还有很大的差距～还有很大的提高空间。

三是大泵径高冲次造成油井偏磨严重。

据2010年7月统计～采油厂目前共有偏磨井534口～其中Φ70mm和Φ83mm泵占偏磨井数的59.93,,冲次在6次以上的井占开井数的57.83,～占偏磨井75.46%～偏磨井平均检泵周期294天～和采油厂的平均检泵

—2—

周期556天相比少262天～泵径越大、冲次越高～油井偏磨就越严重。

表5孤岛采油厂偏磨井按泵径统计

偏磨井占总抽油机开偏磨井占开分泵径偏磨井数偏磨井比平均免修期井井比例,例,

82250.3737138

2244118.37.6836044

49511823.8422.127556

841536.39.9327757

42717240.2832.2128770

30514848.5227.7230583

230053423.22100294小计

表6孤岛采油厂偏磨井按冲次统计

分冲偏磨井占总偏磨抽油机开井偏磨井数偏磨占比例平均免修期次井比例,

3744612.38.61297小于4

5268516.1615.922914,6

90625828.4848.312896,8

49414529.3527.15304大于8

230053423.22100294小计

针对目前在提液过程中存在的问题～有必要进行连续举升泵的研制～通过抽油泵结构、油路、动密封、材质、加工工艺等研究和设计～实现上下冲程连续排液～达到在同等泵径和生产参数下大幅度提高油井产量、降低能耗、减少油井偏磨的目的。

—3—

二、国内外研究现状及技术发展趋势

目前关于连续举升泵应用的研究很少。

加拿大SOS石油工具公司成功研制了一种连续抽油泵～属于无杆泵抽吸系统～这种泵被锚定在井下～借助水力冲击装臵使整个油管柱往复运动抽油～已成功应用于重油、高含泥砂、脱水气井、低冲次大排量井、煤层甲烷气井和严重出砂井。

国内有关连续举升泵或双作用泵的研究～自80年代就开始有理论研究～相继有多种有关专利技术发表～如:

专利为CN88203321.2的可泄油往复排液抽油泵、00252182的双作用抽油泵、02247699连续进液抽油泵和专利CN02255450.5单泵双作用抽油泵等。

这些研究成果基本属于单柱塞式双工作腔或双柱塞结构～它们都是柱塞式的结构～彼此间的差异主要是要么上下两个大小泵筒～要么就是上下大小柱塞～而且～在下行程时的功效都很低～最重要的是它们都没能实现下行程时设计较大的过流面积～因此～不可避免地产生较大的下行阻力,另外～在密封方面沿用以往的柱塞间隙密封。

这样油路通道小～下行阻力大～造成一系列的问题～这是这类特种泵长期以来没有获得推广的局限之一。

如专利为CN02255450.5单泵双作用抽油泵～其结构有有

泵筒、柱塞、进液阀、排液阀、空心连杆、密封装臵、加长管、

脱节器组成。

其特征是:

泵筒内有一柱塞～泵筒上端接有一组

上进液阀和上排液阀。

柱塞的上端接有一根高精度空心连杆并

与上排液阀上端的密封装臵相配合。

当该泵工作时～1腔室和

2腔室交替进液、排液～实现连续抽油。

2003年在东辛采油厂

应用14口～因应用中经常出现脱节器失效～2004年后就一直

停用。

为了满足现场实际需求～有必要研制一种全新结构的、

能够适应井筒流体性质的连续举升泵～以期尽快投入现场试验和扩大、推广。

本次研制的连续举升泵～在结构上和双作用泵进行了完全不同。

采用活塞式结构和下行过程中的双流通道～设计可靠的油路模块～改间隙密封为动密封～在提高连续举升泵的可靠性的同时增大油路通道～减少下行阻力～实现连续排液。

—4—

三、主要研究内容、技术关键、技术路线、主要技术指标及提交成果,一,主要研究内容

1、连续举升抽油泵的结构设计

以孤岛采油厂油井产出液性质和油井偏磨程度作为主要针对对象～连续举升泵的总体结构采用一个抽吸活塞、上下两个工作腔、一个空心活塞杆、两个固定环状单向阀组、一个游动环状阀组和一个底部固定阀、内外筒多路进出液的油路设计～辅助双重过流通道和特殊的密封结构完成大流道、无间隙密封的连续举升目的～具体研究内容是:

1,活塞式的结构设计

采用活塞式的结构设计～在有限的井眼环境中增加了抽油泵顶部出油道的设计空间～使上行时上部工作腔中被举升的液流变得相对顺畅。

2,双重过流通道～可有效降低下行阻力

活塞下部的工作腔分别与空心活塞杆和内外筒间的环状空间相通～当活塞下行时～活塞下部的工作腔就会通过空心活塞杆和内外筒的环状空间同时向上部油管供液～实现双重过流通道～增加过流面积。

同时在活塞下行中沉没压力通过下行的进液通道作用在活塞上～给活塞一个下行动力～克服下行中游动阀的开启阻力和摩擦阻力。

双重过流通道和沉没压力的作用～有效提高了抽油泵的整体下行阻力。

3,环状阀组设计～提高阀组的可靠性

通过油路在径向,下行时进液,和轴向上的巧妙转换～固定阀和游动阀能够设计制作成环状的阀组。

每个阀组在环状周向上排列数个小的球阀～它们有各自独立的阀球和阀座～共同拥有同一个阀罩～特定的井眼空间内这种泵阀可以设计出最大的过流面积。

一体的阀组结构～保证了任何一个阀的损坏不影响整个阀组生产～提高了阀组的可靠性。

2、油路模块与阀组的设计与优化

油路的转换组件与单向阀组构成了连续举升泵的油路模块～油路模块的设计充分考虑井液的性质～从防砂卡、防粘堵和防腐蚀角度出发～充分保证任何一个单向阀卡堵后都不会导致整个阀组的失效,同时～借鉴孤岛采油厂抽油泵使用效果的统计分析结果对阀组的结构设计和材质选择进行优化。

3、动密封设计～提高抽油泵的密封性能。

以往使用的柱塞泵多数都是间隙密封～这在井液中含砂时～泵的磨损很大～甚至发生砂卡事故。

—5—

连续举升泵的密封方案遵从先进、适宜的设计原则～动密封采用锡青铜+V组耐磨耐腐蚀橡胶的活塞杆密封方式和中硬铸铁环、聚氨酯弹性体密封环的活塞体密封方式～各种密封组件利用室内模拟和强度校核手段优化出最适宜的低阻耐磨摩擦副～提高抽油泵的密封性能。

4、开展室内模拟研究

运用室内模拟和地面检测手段对所研制的抽油泵在抽汲过程中的力学特性、密封性能、磨损情况和泵的充满系数等进行测试、分析。

5、制定符合GB/T18607-2008《抽油泵及其组件规范》的连续举升泵的结构方案、加工工艺及下井工艺方案和相应的产品标准。

6、连续泵举升系统的诊断技术研究

1,运用相关的力学模型计算抽吸过程中油井杆柱的受力状况

2,示功图的研究技术和泵的工况分析

3,抽吸过程的系统效率分析与计算。

二,技术关键

1,连续举升泵的双重过流通道的结构设计加工。

2,油路模块和动密封方案的设计～提供连续举升泵的工作性能。

三,技术路线

由普通泵的工作原理可以看出～普通泵只有上冲程进液～下冲程排液。

如果要提液只能增大泵径或提高生产参数。

通过对泵结构进行重新设计～研制一种采用双工作腔～实现上下冲程连续排液～采用双向过流通道～减少下行阻力～采用可靠动密封～延长活塞的使用寿命新型的连续举升抽油泵～实现既能大幅度提高油井产液量～又能延长油井免修期的目的。

—6—

四,主要技术指标

项目实施后:

1,相同泵径条件下～理论排量较常规泵提高50,。

2,百米吨液耗电降低0.1KW.h/t.m。

3,检泵周期420天～泵效达到70,

五,预期提交成果

1,完成连续举升泵的研制～提交设计方案、设计图纸、加工工艺方案等。

2,进行杆柱受力、悬点载荷、扭矩载荷、举升过程的能耗计算与分析等～提交研究论文。

3,进行现场试验15口井～提交试验报告和对连续举升泵的动态监测方法和监测报告。

—7—

四、技术经济效益分析及预测

连续举升泵作为有杆采油系统中的一个重要组成～对于降低冲次、提高系统效率、减少油井偏磨和提高采液强度有着重大的现实意义和广泛的应用潜力～但是～研制具有大流道、长寿命的连续举升泵还需要较大的投入、进行很多的技术攻关。

连续举升泵可以在满足同等提液强度的前提下降低1/3的冲次～这对提高机采系统效率、降低能耗、减少油井偏磨、延长偏磨井免修期将会产生显著的技术经济效益。

减少作业费用分析:

采油厂目前共有偏磨井544口～其中320口的偏磨井为φ70mm以上抽油泵生产～平均免修期294天～如果使用连续举升泵后生产周期达到420天～年可减少作业井次120井次～平均单井检泵、更换杆管、防偏磨费用8万元～则年减少作业费用960万元。

节电费用分析:

目前采油厂孤岛油田φ83mm抽油泵开井294口～百米吨液耗电量0.41KW.h/t～平均单井月耗电量6000KW.h～还有很大的降低空间。

实施后百米吨液耗电降低0.1KW.h/t.m～则单井月耗电降低1000KW.h～实现年节电350×104KW.h。

增油效益:

孤岛有180口具有提液空间而目前抽油泵无法实现的井～实施后平均单井日液增加60t/d～单井日油增加2.0t/d～则年增油13×104t。

纸面不敷～请加页,

—8—

五、开题条件

一,本单位技术条件,包括技术装备、人员情况及实验室条件等,

孤岛油田在40年的开发实践过程中～针对不同类型油藏在不同开发阶段出现的不同问题～开展了一系列的科技攻关～培养、锻炼出一大批包括油藏工程、钻采工程、采油工艺以及室内实验等专业技术人才、现场施工人员～承担过注聚区抽油泵、防断抽油泵、侧吸沉砂泵、环空抽油泵等一系列局级、厂级科研项目等～对抽油泵的设计、改进、加工工艺等有丰富的经验。

再者孤岛的胜岛石油机械厂拥有多年生产抽油泵的生产线～对抽油泵的加工、检验、装备具有丰富经验～能够满足连续举升泵的研究和加工的需要。

二,协作单位简介及主要协作研究内容

长江大学石油工程学院有多年从事机械采油教学的教授和从事抽油泵研制的石油工程学者～拥有先进的实验室设备及相关实验室条件～能够满足连续举升泵的研究工作和试验工作的需要。

连续举升泵的研制工作涉及范围较宽～包括泵的结构方案设计与优化、室内模拟试验与强度校核、现场实施、动态监测和力学与电参数等的计算、分析等。

具体的协作研究分工是:

长江大学承担连续举升抽油泵的结构设计、油路模块与阀组的设计与优化、动密封设计方案、室内模拟研究、样机的研制、连续泵举升系统的诊断技术研究等,孤岛采油厂承担室内试验和生产管柱强度校核以及泵筒的表面热处理工艺加工,项目组织协调、设计指导、相关模型分析、组织现场实施与跟踪、综合对比与评价,配合实施后动态测试。

—9—

六、年度计划内容与考核指标

年度计划内容考核指标季度

进行采油厂抽油泵现状调研完成调研～提交调研报告1

1,连续举升抽油泵的结构设计提交阶段设计报告

2,油路模块与阀组的设计与优化2

3,动密封设计方案

4,连续举升泵的结构方案、加工工提交设计方案、试验报告、理论

研究报告艺及下井工艺方案。

5,样泵制造。

2011

3,6,室内模拟试验。

7,理论计算分析与普通泵对比研

究。

8,现场试验2口。

提交现场试验报告和整改意见

报告,9,进行排量、泵效、抽油机悬点载

荷、扭矩、平衡、系统效率测试分析～4

改进意见。

10,扩大现场试验3口。

11,扩大现场试验10口。

提交现场实施报告

1

12,监测技术研究提交动态监测方法和监测报告。

2

13,现场跟踪测试分析提交现场实施报告

32012

14,项目总结提交相关项目研究报告

4

—10—

七、经费预算

单位:

万元

年度

2011年2012年年年总计承担单位金额

胜利油田分公司

10298200孤岛采油厂

胜利油田分公司孤岛采油厂经费预算表

单位:

万元

科目预算金额2011年2012年

301020材料费

5510万元以下设备、软件购臵费

835330外协费

1010测试加工费

251015加工费施工费401723

22差旅费

22施工费

22图书资料费

22评审费印刷费11其他费用

合计20010298

—11—

胜利油田分公司孤岛采油厂2011年度

经费预算明细表

单位:

万元

预算科目金额支出明细

1、样泵设计加工等材料费20万元,材料费30万元2、室内试验材料费10万元,

1、试压装臵3万元,10万元以下

设备、软件5万元2、模拟流程2万元。

购臵费

加工费25万元

施工费40万元

外协费83万元

测试加工费10万元

差旅费2万元

图书资料费2万元

评审费2万元

印刷费1万元

200万元合计

—12—

科技外协经费预算

单位:

万元

外协单位协作内容经费预算明细

连续举升泵设计费用30万元连续举升抽油泵的结样泵加工费用10万元

构设计、油路模块与

室内模拟试验10万元阀组的设计与优化、长江大学动密封方案设计、样动态监测技术研究费用30万元机研制～连续泵举升系

统的诊断技术研究。

研究报告费用3万元

连续举升泵的设计费用13万元，包括:

长期人工费0.8万/人月*2人*5月=8万，

短期人工费0.02万/小时*200小时=4万，

资料检索及调研费1万。

项目运营管理费18万

样泵制造费用14万元，包括:

直接材料费0.7万/台*10台=7万，

加工费0.7万/台*10台=7万。

模具及专用工装费用19万。

运费1万。

室内模拟试验5万（不含试压装置与流程）

连续举升泵的诊断技术研究10万，包括:

力学模型建立5万，

相关跟踪分析计算5万（含差旅费和人工

费）。

研究报告编写费用3万。

—13—

八、研究人员情况

1、主要研究人员表

性年职务承担的主要研职责姓名单位从事专业别龄职称究任务负责人肖建洪孤岛采油厂男45副厂长采油工程项目组织技术项目协调及实史宝光工艺研究所男39副所长采油工程首席施

连续举升泵设高级工蒋淑婷工艺研究所女46采油工程计、理论研究、程师项目实施

连续举升泵设林桂华工艺研究所男32工程师石油机械计、室内试验

工程师、韩鹏工艺研究所男32石油工程组织实施主任

室内试验、现场姚连勇工艺研究所男32工程师石油工程试验

高级工室内试验、理论李葵英工艺研究所女32石油工程程师计算

连续举升泵设

徐谊平工艺研究所女25工程师石油机械计、室内试验、

现场跟踪

高级工35蒋予岭工艺研究所男石油工程现场施工程师

连续举升泵设张公社长江大学男47教授采油工程计、理论研究

连续举升泵设

计、理论研究、张志全长江大学男45教授采油工程样泵设计加工、

室内试验

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2、技术首席资历表

参加工作从事目前专业姓名史宝光1993.07石油工程时间工作时间

毕业院校江汉石油学院毕业时间1993.07学位硕士电话:

8886557手机:

16864772096Email:

sbguang@主要技术资历（完成项目、承担在研项目及获奖、发表论文情况等）:

1、“孤岛油田稠油非注汽开采配套技术”～胜利油田有限公司推广三等奖,2、“多层疏松砂岩分层填砂工艺技术应用”～胜利油田有限公司推广三等奖,3、“聚合物驱油井机采系统适应性研究”～胜利油田有限公司科技进步三等奖,4、“氮化防腐油管在注水井中的应用”～钻采工艺ISSN1006-768X,

—15—

九、查新检索情况,时间、地点、文献号、内容,

—16—

十、承担单位审查意见

单位科技管理部门负责人,签字,:

单位科技管理部门,盖章,:

年月日

单位主管科技领导,签字,:

年月日

—17—

十一、技术发展处审查意见

盖章,

年月日

—18—