新式抽油杆自封的研制与应用

新式抽油杆自封的研制与应用

李栋1耿志达2白瑞义3

中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司油气

井下作业中心孤岛作业区山东省东营市257000

摘要：随着环境保护工作要求越来越高，作业现场清洁生产问题受到了前所未有的高度重视。目前现场使用的抽油杆自封因自身基础设计局限，无法适应目前的抽油杆组合，在应用抽油杆施工时无法进行有效的清污、自密封，同时达不到井控管理要求，从而容易产生地面污染，增加作业施工总费用。为解决该问题，研制新式抽油杆自封，经过作业现场的抽油杆施工应用，清污、密封性能得到明显改善，取得了较好的防污染效果。

关键词：环境保护井控管理污染密封机械变径抽油杆自封应用效果

1前言

随着社会的不断进步，环境保护工作受到了人们的高度重视。尤其在油田作业行业，已经在大力推行清洁生产，控制油水及废弃物外排，减少环境污染是当前的日常工作的重中之重。为倾力打造“绿色环保”作业施工，孤岛采油厂早在90年代初就提出了“十大无污染作业法”，应用各种各样的机械设备及配套设施消除或降低环境污染，收到了良好的效果。目前油田已进入开发后期，各种生产管柱型式的出现，现有的抽油杆自封已经不能满足井控及清洁生产的要求。为此，研制新式抽油杆变径自封，经过现场多井次应用，取得了较好的刮油、密封效果。

2抽油杆施工污染原因分析

随着油田已进入高含水、甚至特高含水期，抽油杆工作环境越来约恶劣，偏磨已成为不容回避的现实，抽油杆扶正器、抗磨杆、刮蜡器、调弯接头、防蜡器等大直径防偏磨、防腐工具的逐渐应用，对抽油杆自封的性能要求也不断提高，尤其是对自封胶芯可以通过的变径技术参数要求更高，而原有的抽油杆自封主要靠胶芯自身的弹力，使抽油杆本体及接箍均能正常通过，但本体和接箍径向尺寸的差别较大，已经对胶芯的清污、刮油效果有较大影响；且原胶芯采用硬通过的方式进行施工，对抽油杆自身来无明显影响，但对目前应用的大直径防偏磨、防腐工具能造成不可逆的损坏，导致工具入井无法正常使用；因此原一体式抽油杆自封无法与其配套应用，从而造成抽油杆施工时带出原油污染了地面。同时按照井控管理要求，所有拆井口施工必须安装防喷器，从而也导致原一体式抽油杆自封无法正常应用，从而造成起下抽油杆施工无有效清污措施，造成的环境污染不但使治理耗时较长，增加了职工的劳动强度，而且严重影响了作业时效和经济效益。

3新式抽油杆自封的研制

根据抽油杆施工中造成的污染原因，研制新式抽油杆自封，提抽油杆前将其下沉安装在防喷器内，通过大钢圈和大螺丝将支撑盖固定在防喷器上法兰面上，起到清污、刮油防污染的目的，同时密封环空间隙实现良好的井控管理。

3.1结构

新式抽油杆自封主要由上支撑盖（上下均有钢圈槽、带循环出口）、密封组合二部分组成，密封组合由U型垫板、上压盖、复位弹簧、变径胶芯、环形胶芯、下压板、支撑筒等组成（见图1），其主要参数见表1。

表1新式抽油杆自封主要参数

为了防止自封胶皮发生位移、翻转现象的发生，在筒体上加工有纵向导向筋，从而约束变径胶芯的运动方向及路径。

支撑盖强度校核：

从设计手册中查到许用抗剪强度［τ］许=221MPa。针对孤岛油田抽油井的特点，泵挂深度最大不超过2500米，单抽油杆组合为Φ25mm*Φ22*Φ19mm，抽油杆最大负荷约100kN（39N/m×2500m=97.5kN）。

已知抽油杆吊卡的外径为：D=12cm

最大抗剪强度：

Q——支撑板承受的最大负荷

D——抽油杆吊卡的外径

h——支撑板的厚度

图1变径胶芯示意图

3.2工作原理：

1、当杆柱通过新式抽油杆自封时，变径胶芯在弹簧的预应力下处在压缩状态，杆体通过变径胶芯进行刮油、清污、密封，当大直径部分进入变径胶芯，压缩弹簧推动胶皮沿锥面上移，环形胶芯对大直径部位进行刮油、清污、密封，同时推动变径胶芯顺着径向轨道往两边滑动，内径增大，当大直径部分通过变径胶芯后，在复位弹簧力的作用下，将胶皮推回至最小内径至圆锥型支撑筒的下部，抱住抽油杆密封本体，起到刮油、清污、密封的作用。

3.3创新点

（1）变径胶芯既能径向运动，又能沿着锥面轴向运动实现分离与闭合，确保了大直径工具的顺利通过，同时保持良好的密封性能。

（2）新式抽油杆自封能与防喷器配套应用，不增加井口高度，便于职工操作。

（3）新式抽油杆自封能够满足井控要求，当井内发生溢流时，可将上压盖调整压紧，可靠密封杆体环空，通过侧循环出口进行控制放压，以便下步施工。

（4）如压力较高，则将抽油杆悬挂在U型垫板，直接安装井口及总闸门，需进行洗压井施工或进干生产。

（5）将该工具倒置即可进行下抽油杆施工。

4应用效果

4.1现场应用情况

为了检测该装置的现场使用效果，新式抽油杆自封现场进行施工应用。

（1）提抽油杆施工应用6口井进行实验，刮油清污效果较好，起出杆柱本体及相应大直径附件均完好无损，且无明显堆积式油污，效果良好。

（2）下抽油杆施工应用8口井进行试验，对施工中井口油水进行有效引流控制，消除同类施工时的油水无控制外流，基本实现油水不落地的目标。

（3）抽油杆施工模拟出现溢流需装井口进行应急试验，与原抽油杆自封相比降低劳动强度50%，节省应急时间70%，带溢流施工时间减少90%，有效达到预期效果。

该装备以其环保、安全、轻便、快捷的特性，良好的现场实用性、可靠性，对作业现场的节能减排工作有较好的促进性，对清洁生产工作起到有力的保障。

4.2效益评价

（1）经济效益

直接经济效益：

1、降低环保费用：2016年应用抽油杆防污染工具后比未应用前减少地面污染共245井次，以单井青苗赔偿费和环保治理费按2000元计算，可节约环保费用：2000元×245＝49万元。同时节约防渗布费用：80元/井次×245井次＝1.96万元。

2、缩短占井周期：按单井青苗赔偿费和环保治理费2000元/次标准，需处理污染时间约2h，共减少占井周期：2h×245=490h（约20天），按检泵井3天/口/3万元，可增效约21万元。

（2）社会效益

新式抽油杆自封的应用，对油田节能减排工作提供了有力的支持。

一、消除井口油水无控制外溢，减少环境污染，改善了施工现场的劳动条件，并对现场施工的安全操作提供了良好的基础。

二、安装简单便捷，降低施工人员劳动强度，提高生产实效。

三、结构合理、密封功能可靠，有利于井控管理工作的顺利开展。

四、清污效果良好，便于抽油杆的现场检查，有利于及时发现偏磨、腐蚀等问题，对施工井的后续措施提供有效帮助。

5结论及建议

新式抽油杆自封的研制成功，不仅有效地解决了抽油杆施工污染环境的问题，还对安全、环保工作有很大的促进，同时取得了较大的经济效益和社会效益，保护了环境，为推行持续有序清洁生产、打造绿色作业奠定了坚实的基础，具有良好的推广应用价值。

参考文献：

[1]吴宗泽.机械设计.北京：清华大学出版社，2001.

[2]《井下作业技术数据手册》编写组.井下作业技术数据手册.北京：石油工业出版社，2000.