隨著中原油田采油進(jìn)入中后期，油層儲(chǔ)量逐漸減少，部分區(qū)塊逐漸轉(zhuǎn)為注水開發(fā)，為此，需要越來越多的增注設(shè)備。一般的增注方法是建立管網(wǎng)，把管網(wǎng)里的水經(jīng)地面泵注到井底。但這種方法需要前期的大量投入，因此筆者提出把常規(guī)電潛泵改裝成同井采注電泵機(jī)組作為注水設(shè)備的方案，把同井中水源層的水注入到目的層中，這樣便減少了管網(wǎng)的前期投入。電潛泵機(jī)組排量范圍大、揚(yáng)程高，因此這種方案具有節(jié)約成本、操作方便、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。
1常規(guī)電潛泵機(jī)組常規(guī)電潛泵機(jī)組由潛油電動(dòng)機(jī)、保護(hù)器、分離器、電潛泵組成，結(jié)構(gòu)如所示。
常規(guī)電潛泵機(jī)組卜油管；2―電潛泵電纜3―電潛泵；4一分離器；5―保護(hù)器；6―潛油電動(dòng)機(jī)。
潛油電動(dòng)機(jī)是電潛泵機(jī)組的動(dòng)力源，為二級(jí)三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。潛油電動(dòng)機(jī)的電力由電潛泵電纜把電力從地面?zhèn)魉偷綕撚碗妱?dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)在50H的頻率下工作時(shí)轉(zhuǎn)速為2是保護(hù)潛油電動(dòng)機(jī)的，阻止井液進(jìn)入潛油電動(dòng)機(jī)，避免燒毀潛油電動(dòng)機(jī)。在含氣井中，需要使用分離器以進(jìn)行氣液分離，減少氣體對(duì)電潛泵工作性能的影響。電潛泵是電潛泵機(jī)組中的工作機(jī)，井下液體被電潛泵抽汲到地面1卜21. 2同井采注電泵機(jī)組同井采注電泵機(jī)組是在常規(guī)電潛泵的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)的一種新型增壓注水設(shè)備。針對(duì)不同的水井，增壓注水方案有2種，見第1種是水源層在下、注水層在上的水井，需要采下注上的同井采注電泵機(jī)組；第2種是水源層在上、注水層在下的水井，需要采上注下的同井采注電泵機(jī)組。從圖可以清楚地看到，不管哪種方案，把泵放置在最下方，成為倒置泵是最合理也是最實(shí)用的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)避免了電纜過封隔器，提高了整體設(shè)計(jì)方案的成功率。
3倒置泵存在的問題及解決方案3.1倒置泵的連接問題常規(guī)泵的上部與油管對(duì)接，下部與分離器對(duì)接，而倒置泵的上部與下保護(hù)器對(duì)接，下部與油管對(duì)接。因此，倒置泵的連接需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。
針對(duì)倒置泵殼體的上部連接問題，筆者對(duì)泵頭進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用與下保護(hù)器對(duì)接合適的法蘭面，8個(gè)Ml的螺栓（材料為1C18N9T）緊固。材料1D18N9T的抗拉強(qiáng)度為550MPa這8個(gè)螺栓最大能承受3201N的載荷，滿足強(qiáng)度要求141，并解決了吊卡起吊的問題，便于倒置安裝以及倒置泵泵軸扶正的問題，限制了倒置泵泵軸在徑向的搖擺。泵頭結(jié)構(gòu)如所示。
泵頭結(jié)構(gòu)圖針對(duì)軸的上部連接問題，在殼體連接尺寸已經(jīng)確定的情況下，對(duì)軸的連接進(jìn)行計(jì)算，考慮到軸竄量，確定出與下保護(hù)器連接合適的軸頭尺寸。當(dāng)下保護(hù)器和倒置泵泵軸之間的間隙達(dá)到最小時(shí)，不會(huì)頂軸；同時(shí)，當(dāng)下保護(hù)器和倒置泵泵軸之間同時(shí)達(dá)到最大間隙，軸上的花鍵仍能保持安全連接，不會(huì)發(fā)生脫軸現(xiàn)象。
倒置泵的下部與油管對(duì)接，針對(duì)筆者提出的2種注水方案，分別設(shè)計(jì)成吸入口和排出口，見吸入口和排出口3.2倒置泵的止推力承載問題由于倒置泵在最下部，針對(duì)2種方案，倒置泵的下部都是油管，倒置泵泵軸依賴卡簧進(jìn)行軸向定位，一旦卡簧在運(yùn)轉(zhuǎn)中失效，倒置泵泵軸將失去軸向限制，最終導(dǎo)致倒置泵泵軸脫落，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力無法傳送到倒置泵，倒置泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)同井采注機(jī)組將停止工作。對(duì)于采下注上的同井采注電泵機(jī)組，在把井液向上泵的同時(shí)，井液對(duì)倒置泵的葉導(dǎo)輪及軸產(chǎn)生向下的反推力，止推力承載的問題將更加嚴(yán)峻，因此急需解決泵的止推力承載問題。
筆者在倒置泵底部設(shè)計(jì)了一個(gè)承載短節(jié)來解決倒置泵的止推力承載問題。當(dāng)?shù)怪帽眠\(yùn)行的時(shí)候，倒置泵泵軸在反作用力的作用下，向下推動(dòng)，承載短節(jié)動(dòng)塊隨之向下，與靜塊接觸，靜塊固定在軸承密封座上，從而制止軸向下運(yùn)動(dòng)，起到對(duì)軸止推的作用。承載短節(jié)相當(dāng)于在泵底部裝了一個(gè)小的保護(hù)器，其結(jié)構(gòu)及外部構(gòu)件如所示。承載短節(jié)起到承載泵止推力的作用，其外部結(jié)構(gòu)包括上部接頭，導(dǎo)流罩和下部接頭。上部接頭與泵相接，導(dǎo)流罩內(nèi)部過液，下部接頭起到吸入口的作用。
―下部接頭；2―承載短節(jié)；3―導(dǎo)流罩；4―上部接頭。
由于導(dǎo)流罩和承載短節(jié)之間的環(huán)形空間要過一定流速的地層水，勢(shì)必要對(duì)環(huán)形空間造成沖蝕，筆者對(duì)環(huán)形空間的沖蝕安全性進(jìn)行了論證。環(huán)形空間的徑向面積為2249￥在90溫度下，通過計(jì)算環(huán)形空間允許的最大排量為1500m/d―般的增壓注水排量為50m以下，因此在沖蝕方面環(huán)形空間是安全的。
通過增加承載短節(jié)，有效地解決了倒置泵止推力的承載問題。在倒置泵泵軸上的卡簧失效時(shí)，仍能保證倒置泵泵軸與上部軸之間的有效連接，不因倒置泵的問題而導(dǎo)致整套機(jī)組失效。
4現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)倒置泵于2010年1月18日在試驗(yàn)井進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)為期2月。倒置泵參數(shù)為：排量30mg程2880m現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)揚(yáng)程2880m實(shí)際排量30.82m，流量偏差2.73%符合國(guó)標(biāo)GB/T16750―2008規(guī)定的試驗(yàn)流量偏差±4%.倒置泵實(shí)際泵效34.48%在GB/T16750―2008規(guī)定的泵效35%允差一28%范圍內(nèi)。試驗(yàn)完畢拆檢機(jī)組時(shí)，倒置泵盤軸靈活，性能良好。
2010年3月25日倒置泵在中原油田采油五廠胡5―92井進(jìn)行增壓注水。采用50m的1500m倒置泵。實(shí)際泵掛1480m實(shí)際排量50.92m.地面設(shè)備顯示電壓750V電流38A試驗(yàn)結(jié)果表明，倒置泵運(yùn)行良好。
下轉(zhuǎn)第95頁）移動(dòng)后露出限位鋼球，這樣就實(shí)現(xiàn)了防噴盒連接接頭和防噴管連接接頭的解鎖。上提抽汲鋼絲繩，防噴盒跟隨抽汲工具一起從防噴管內(nèi)提出，實(shí)現(xiàn)防噴盒接頭和防噴管接頭的分離。
1.22鎖緊抽汲鋼絲繩下放，依靠防噴盒的自重就可以實(shí)現(xiàn)防噴盒接頭和防噴管接頭的連接。防噴盒接頭和防噴管接頭連接完畢后，通過控制機(jī)構(gòu)釋放注入到液壓腔內(nèi)的液壓油，在回位彈簧的作用下，鎖緊筒鎖住限位鋼球?qū)⒎绹姾薪宇^和防噴管接頭緊密地連接在一起。
1.3主要技術(shù)參數(shù)最大剛體外徑：110mm最小內(nèi)通徑：75mm長(zhǎng)度：700mm工作溫度：一25 ~50工作壓力：15MPa1.4技術(shù)特點(diǎn)本裝置結(jié)構(gòu)緊湊合理，使用方便，利用液壓油推動(dòng)鎖緊筒運(yùn)動(dòng)壓迫或松開限位鋼球?qū)崿F(xiàn)了防噴盒連接接頭和防噴管連接接頭間的快速連接與分離，滿足了試油抽汲過程中經(jīng)常拆裝防噴盒的要求。
2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用防噴盒快速連接裝置研制完成后，在車排子、烏爾禾、石西、彩南等油田抽汲350個(gè)班次，該裝置的使用情況如下。
在檢查抽汲工具時(shí)，操作人員無需頻繁爬到采油樹上連接和拆卸防噴管。只需要依靠防噴盒的重力就能實(shí)現(xiàn)連接，且在抽汲作業(yè)時(shí)不能拔出。當(dāng)需要拆卸時(shí)，通過液壓控制機(jī)構(gòu)打開鎖緊裝置，只需要輕輕上提防噴盒就能夠?qū)崿F(xiàn)拆卸。能夠有效避免操作人員因頻繁拆裝防噴盒而造成摔傷的風(fēng)險(xiǎn)。
當(dāng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作后，鎖緊筒滑動(dòng)順暢，沒有卡滯現(xiàn)象，能夠順利鎖緊與解鎖。
?。?）防噴盒連接接頭和防噴管連接接頭之間密封良好，無滲漏現(xiàn)象；在連接和分離時(shí)動(dòng)作順暢，無卡滯現(xiàn)象。
3結(jié)論現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，防噴盒快速連接裝置各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，也得到了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的認(rèn)可。
1常規(guī)電潛泵機(jī)組常規(guī)電潛泵機(jī)組由潛油電動(dòng)機(jī)、保護(hù)器、分離器、電潛泵組成，結(jié)構(gòu)如所示。
常規(guī)電潛泵機(jī)組卜油管；2―電潛泵電纜3―電潛泵；4一分離器；5―保護(hù)器；6―潛油電動(dòng)機(jī)。
潛油電動(dòng)機(jī)是電潛泵機(jī)組的動(dòng)力源，為二級(jí)三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。潛油電動(dòng)機(jī)的電力由電潛泵電纜把電力從地面?zhèn)魉偷綕撚碗妱?dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)在50H的頻率下工作時(shí)轉(zhuǎn)速為2是保護(hù)潛油電動(dòng)機(jī)的，阻止井液進(jìn)入潛油電動(dòng)機(jī)，避免燒毀潛油電動(dòng)機(jī)。在含氣井中，需要使用分離器以進(jìn)行氣液分離，減少氣體對(duì)電潛泵工作性能的影響。電潛泵是電潛泵機(jī)組中的工作機(jī)，井下液體被電潛泵抽汲到地面1卜21. 2同井采注電泵機(jī)組同井采注電泵機(jī)組是在常規(guī)電潛泵的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)的一種新型增壓注水設(shè)備。針對(duì)不同的水井，增壓注水方案有2種，見第1種是水源層在下、注水層在上的水井，需要采下注上的同井采注電泵機(jī)組；第2種是水源層在上、注水層在下的水井，需要采上注下的同井采注電泵機(jī)組。從圖可以清楚地看到，不管哪種方案，把泵放置在最下方，成為倒置泵是最合理也是最實(shí)用的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)避免了電纜過封隔器，提高了整體設(shè)計(jì)方案的成功率。
3倒置泵存在的問題及解決方案3.1倒置泵的連接問題常規(guī)泵的上部與油管對(duì)接，下部與分離器對(duì)接，而倒置泵的上部與下保護(hù)器對(duì)接，下部與油管對(duì)接。因此，倒置泵的連接需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。
針對(duì)倒置泵殼體的上部連接問題，筆者對(duì)泵頭進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用與下保護(hù)器對(duì)接合適的法蘭面，8個(gè)Ml的螺栓（材料為1C18N9T）緊固。材料1D18N9T的抗拉強(qiáng)度為550MPa這8個(gè)螺栓最大能承受3201N的載荷，滿足強(qiáng)度要求141，并解決了吊卡起吊的問題，便于倒置安裝以及倒置泵泵軸扶正的問題，限制了倒置泵泵軸在徑向的搖擺。泵頭結(jié)構(gòu)如所示。
泵頭結(jié)構(gòu)圖針對(duì)軸的上部連接問題，在殼體連接尺寸已經(jīng)確定的情況下，對(duì)軸的連接進(jìn)行計(jì)算，考慮到軸竄量，確定出與下保護(hù)器連接合適的軸頭尺寸。當(dāng)下保護(hù)器和倒置泵泵軸之間的間隙達(dá)到最小時(shí)，不會(huì)頂軸；同時(shí)，當(dāng)下保護(hù)器和倒置泵泵軸之間同時(shí)達(dá)到最大間隙，軸上的花鍵仍能保持安全連接，不會(huì)發(fā)生脫軸現(xiàn)象。
倒置泵的下部與油管對(duì)接，針對(duì)筆者提出的2種注水方案，分別設(shè)計(jì)成吸入口和排出口，見吸入口和排出口3.2倒置泵的止推力承載問題由于倒置泵在最下部，針對(duì)2種方案，倒置泵的下部都是油管，倒置泵泵軸依賴卡簧進(jìn)行軸向定位，一旦卡簧在運(yùn)轉(zhuǎn)中失效，倒置泵泵軸將失去軸向限制，最終導(dǎo)致倒置泵泵軸脫落，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力無法傳送到倒置泵，倒置泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)同井采注機(jī)組將停止工作。對(duì)于采下注上的同井采注電泵機(jī)組，在把井液向上泵的同時(shí)，井液對(duì)倒置泵的葉導(dǎo)輪及軸產(chǎn)生向下的反推力，止推力承載的問題將更加嚴(yán)峻，因此急需解決泵的止推力承載問題。
筆者在倒置泵底部設(shè)計(jì)了一個(gè)承載短節(jié)來解決倒置泵的止推力承載問題。當(dāng)?shù)怪帽眠\(yùn)行的時(shí)候，倒置泵泵軸在反作用力的作用下，向下推動(dòng)，承載短節(jié)動(dòng)塊隨之向下，與靜塊接觸，靜塊固定在軸承密封座上，從而制止軸向下運(yùn)動(dòng)，起到對(duì)軸止推的作用。承載短節(jié)相當(dāng)于在泵底部裝了一個(gè)小的保護(hù)器，其結(jié)構(gòu)及外部構(gòu)件如所示。承載短節(jié)起到承載泵止推力的作用，其外部結(jié)構(gòu)包括上部接頭，導(dǎo)流罩和下部接頭。上部接頭與泵相接，導(dǎo)流罩內(nèi)部過液，下部接頭起到吸入口的作用。
―下部接頭；2―承載短節(jié)；3―導(dǎo)流罩；4―上部接頭。
由于導(dǎo)流罩和承載短節(jié)之間的環(huán)形空間要過一定流速的地層水，勢(shì)必要對(duì)環(huán)形空間造成沖蝕，筆者對(duì)環(huán)形空間的沖蝕安全性進(jìn)行了論證。環(huán)形空間的徑向面積為2249￥在90溫度下，通過計(jì)算環(huán)形空間允許的最大排量為1500m/d―般的增壓注水排量為50m以下，因此在沖蝕方面環(huán)形空間是安全的。
通過增加承載短節(jié)，有效地解決了倒置泵止推力的承載問題。在倒置泵泵軸上的卡簧失效時(shí)，仍能保證倒置泵泵軸與上部軸之間的有效連接，不因倒置泵的問題而導(dǎo)致整套機(jī)組失效。
4現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)倒置泵于2010年1月18日在試驗(yàn)井進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)為期2月。倒置泵參數(shù)為：排量30mg程2880m現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)揚(yáng)程2880m實(shí)際排量30.82m，流量偏差2.73%符合國(guó)標(biāo)GB/T16750―2008規(guī)定的試驗(yàn)流量偏差±4%.倒置泵實(shí)際泵效34.48%在GB/T16750―2008規(guī)定的泵效35%允差一28%范圍內(nèi)。試驗(yàn)完畢拆檢機(jī)組時(shí)，倒置泵盤軸靈活，性能良好。
2010年3月25日倒置泵在中原油田采油五廠胡5―92井進(jìn)行增壓注水。采用50m的1500m倒置泵。實(shí)際泵掛1480m實(shí)際排量50.92m.地面設(shè)備顯示電壓750V電流38A試驗(yàn)結(jié)果表明，倒置泵運(yùn)行良好。
下轉(zhuǎn)第95頁）移動(dòng)后露出限位鋼球，這樣就實(shí)現(xiàn)了防噴盒連接接頭和防噴管連接接頭的解鎖。上提抽汲鋼絲繩，防噴盒跟隨抽汲工具一起從防噴管內(nèi)提出，實(shí)現(xiàn)防噴盒接頭和防噴管接頭的分離。
1.22鎖緊抽汲鋼絲繩下放，依靠防噴盒的自重就可以實(shí)現(xiàn)防噴盒接頭和防噴管接頭的連接。防噴盒接頭和防噴管接頭連接完畢后，通過控制機(jī)構(gòu)釋放注入到液壓腔內(nèi)的液壓油，在回位彈簧的作用下，鎖緊筒鎖住限位鋼球?qū)⒎绹姾薪宇^和防噴管接頭緊密地連接在一起。
1.3主要技術(shù)參數(shù)最大剛體外徑：110mm最小內(nèi)通徑：75mm長(zhǎng)度：700mm工作溫度：一25 ~50工作壓力：15MPa1.4技術(shù)特點(diǎn)本裝置結(jié)構(gòu)緊湊合理，使用方便，利用液壓油推動(dòng)鎖緊筒運(yùn)動(dòng)壓迫或松開限位鋼球?qū)崿F(xiàn)了防噴盒連接接頭和防噴管連接接頭間的快速連接與分離，滿足了試油抽汲過程中經(jīng)常拆裝防噴盒的要求。
2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用防噴盒快速連接裝置研制完成后，在車排子、烏爾禾、石西、彩南等油田抽汲350個(gè)班次，該裝置的使用情況如下。
在檢查抽汲工具時(shí)，操作人員無需頻繁爬到采油樹上連接和拆卸防噴管。只需要依靠防噴盒的重力就能實(shí)現(xiàn)連接，且在抽汲作業(yè)時(shí)不能拔出。當(dāng)需要拆卸時(shí)，通過液壓控制機(jī)構(gòu)打開鎖緊裝置，只需要輕輕上提防噴盒就能夠?qū)崿F(xiàn)拆卸。能夠有效避免操作人員因頻繁拆裝防噴盒而造成摔傷的風(fēng)險(xiǎn)。
當(dāng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作后，鎖緊筒滑動(dòng)順暢，沒有卡滯現(xiàn)象，能夠順利鎖緊與解鎖。
?。?）防噴盒連接接頭和防噴管連接接頭之間密封良好，無滲漏現(xiàn)象；在連接和分離時(shí)動(dòng)作順暢，無卡滯現(xiàn)象。
3結(jié)論現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，防噴盒快速連接裝置各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，也得到了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的認(rèn)可。