四寸套油井提液工艺配套研究

四寸套油井提液工艺配套研究

孙志杰

中原油田采油气工程服务中心作业三大队 河南濮阳 457001

摘 要：目前油田4寸套管井（套管内径为86mm）机械采油工艺配套尚不能完全满足生产需求，Φ44mm规格以上泵径的管式泵配套尚无成熟的配套工艺。为满足地层能量充足，且需进一步提液的4寸套管井生产需求，本课题开展了关于4寸套管井Φ50mm-Φ63mm管式抽油泵及其组成、工艺配套的研究。

关键词： 四寸套管 提液 机采工艺配套

1、工艺现状

目前油田4寸套管井（套管内径Φ86mm），由于受内通径限制，普通管式泵无法满足工艺配套要求（两端压紧接箍外径为Φ89mm）。为满足4寸套井机械采油生产要求，近年来，4寸套管井专用抽油泵是将普通管式泵两端压紧接箍外径由Φ89mm变为Φ73mm，上部配套2寸油管，但也仅仅能实现Φ44mm规格以下泵径的管式泵配套，而对于地层能量充足，具备进一步提液条件的生产井，Φ44mm规格以上泵径的管式泵配套尚无成熟的配套工艺。如需泵升级提液时（Φ50mm以上抽油泵），只能将抽油泵下到4寸套悬挂器以上的5¹/₂寸套管内，下泵深度受悬挂器位置限制，不能完全满足具备提液条件的生产井的生产需求。

2 、研究内容

2.1 Φ63mm-Φ50mm管式抽油泵的设计与改进

2.1.1 设计管式抽油泵上转换接头

现用4寸套管式抽油泵仅有Φ44mm和Φ38mm两种规格，对于Φ50mm以上规格抽油泵，由于泵筒受泵筒外径的限制（Φ50mm泵泵筒外径为Φ66mm），压紧接箍没有缩小的空间，因此无法满足4寸套管井生产的需要。为此，对Φ63mm-Φ50mm管式抽油泵的压紧接箍的结构和与泵联接形式进行了重新设计和改进。具体见下图：

上转换接头

上转换接头设计为上端母扣、下端公扣的特殊接头，母扣部分联接上部油管，公扣部分联接抽油泵筒，并对泵筒起到压紧密封作用。

2.1.2 固定凡尔总成的设计

设计新的固定凡尔总成，主要由上装换接头、凡尔座体、凡尔座、凡尔球、凡尔座压紧密封短节组成。与普通固定凡尔相比有以下特点：一是结构尺寸重新排列，在满足强度和供液要求的前提下，实现4寸套管井生产的需要；二是设计固定凡尔上转换接头，实现与泵筒内联接的需要，同时代替普通压紧接箍，对泵筒起到压紧密封作用；三是凡尔座压紧短节对凡尔座实现有效固定、密封，且下部可连接2寸油管。

2.2 小直径脱节器的设计与研究

2.2.1 小直径脱节器组成及工作原理

由于4寸套管内径为Φ86mm，所配套油管为2寸油管，内径Φ50.2mm，不能满足

Φ50mm以上规格抽油泵柱塞通过要求。为此，开发了小直径脱节器，与4寸套提液专用泵配套应用，实现4寸套管井Φ63mm规格以下泵径抽油泵生产的需要。

小直径脱节器主要由下接头、弹簧、连接杆、挡环、键、下导向接头构成的下对接体和由上导向接头、内接头、上接头构成的上对接体两部分组成。具体结构见下图：

工作原理：

对接：下对接体随抽油泵、活塞一起下入井内，上对接提随抽油杆下入井内，抽油杆下到位后，上下导向接头的螺旋将对准，这时，上下接头的螺旋壁和螺旋槽刚好对接在一起。如果继续下行，上下接头必须通过相互旋转实现。然而，上导向接头的长圆孔和导向杆的扁圆头又限制了上下对接体的相互旋转，这是一对矛盾。在这个时候，继续下压脱节器上对接体，导向杆头部就要通过导向接头的长圆孔，同时键限制了下接头的旋转，导向杆上行，下连接体不动，弹簧压缩，当导向杆头部通过导向接头长圆孔那一段时，没有扁圆头的限制，下部分相对上半部分就可以旋转，弹簧力立即把下连接头压进上连接头，完成对接。

脱开：上提抽油杆，抽油杆带动上对接体上行，但到达23/8寸油管时，下对接体卡住不能上行，但导向杆继续受拉，这时压缩弹簧，上下对接体螺旋对接部分开始发生相对旋转，下对接体通过键的作用带动导向杆旋转，实现扁圆头和长圆孔的对正，压缩的弹簧释放能量，将上下对接体脱开。

2.2.2 脱节器设计计算

计算依据：机械设计手册（化学工业出版社 成大先主编）第三版第一卷公式。

脱节器连接杆材质： 35CrMo，调质，直径≤100，为塑性材料。

从P3-29页查得：

材质	σb(MPa)	σs(MPa)
35CrMo	735	540

从P1-98得： [σ]=σs/n;

按受动载、冲击，并且靠上取n=1.5

因此：[σ]=360MPa

剪切许用应力：[τ]=(0.6～0.8)[σ],取[τ]=0.7[σ]

[τ]=252MPa

剪切应力截面积计算：分析脱节器导向杆顶部接头与上对接体内联接锁紧部分为最薄弱环节:

图中，蓝色为连接杆尺寸，黑色为里接头尺寸，两者连接后重合的紫色即为受剪切力位置, 紫色线弧长为18.4mm,按18mm算；连接杆受力部位是两侧的螺旋，长34mm，故面积为：34x18=612mm2

由此可得出，能承受的剪切力为：252x612=154224 N≈15吨

如果考虑井下动载荷等不确定因素的影响，提高安全性，取n=2.2

计算抗剪切力为：10.4t。

2.3 工艺管柱配套设计

2.3.1 Φ57mm、Ф63mm抽油泵生产管柱配套

A、全井4寸套管井，管柱配套：丝堵+尾管+筛管+Φ63mm四寸套管专用泵+脱节器+2寸普通油管。

B、悬挂4寸套管井，管柱配套：丝堵+尾管+筛管+Φ63mm四寸套管专用泵+脱节器+2寸普通油管+异径接箍+2⁷/₈寸油管。

2.3.2 Φ50mm抽油泵生产管柱配套

A、全井4寸套管井，管柱配套：丝堵+尾管+筛管+Φ50mm四寸套管专用泵+加长对接杆+脱节器+无接箍油管（内径为Φ62mm）20m+2寸普通油管。

B、悬挂4寸套管井，管柱配套：丝堵+尾管+筛管+Φ50mm四寸套管专用泵+加长对接杆+脱节器+无接箍油管（内径为Φ62mm）20m+2寸普通油管+异径接箍+2⁷/₈寸油管。

3、应用情况及效果评价

实施4寸套提液生产措施9口井，措施有效率77.8%，措施前平均单井日产液26.7t，日产油1.6t，综合含水94%，平均动液面1311m，措施后平均单井日产液38.6t，日产油2.3t，综合含水94%，日增油0.7t，综合含水基本稳定，平均单井动液面1545m，动液面下降234m，平均单井累计增液795.9t，累计增液7163.1t，平均单井累计增油53.7t,累计增油375.9t。

4、结论

四寸套管内Ф50mm-Ф63mm抽油泵配套工艺的成功应用，满足了4寸套管内泵升级提液的要求，提高了单井产能，完善了4寸套井机采工艺技术配套系列。

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