石油機械應用技術同井采注電泵機組中倒置泵的研究劉衛紅1李鷹峰2劉現江1石懋1劉凈1范俊華1（1.中原油田采油工程技術研究院2.中原油田鉆井工程技術研究院）入量較大，為此，提出把常規電潛泵改裝成同采注電泵機組作為注水設備的方案，把同中水源層的水注入到目的層中。針對不同的水，提出了采下注上和采上注下的注水分案，將泵放置在最下方，成為倒置泵，并對倒置泵存在的問題提出了解決方案。現場試驗結果表明，倒置泵試驗揚程2880m實際排量30.82m，實際泵效34 48%，具有顯著的經濟效益和社會效益。

  隨著中原油田采油進入中后期，油層儲量逐漸減少，部分區塊逐漸轉為注水開發，為此，需要越來越多的增注設備。一般的增注方法是建立管網，把管網里的水經地面泵注到井底。但這種方法需要前期的大量投入，因此筆者提出把常規電潛泵改裝成同井采注電泵機組作為注水設備的方案，把同井中水源層的水注入到目的層中，這樣便減少了管網的前期投入。電潛泵機組排量范圍大、揚程高，因此這種方案具有節約成本、操作方便、效果顯著等優點。

  1常規電潛泵機組常規電潛泵機組由潛油電動機、保護器、分離器、電潛泵組成，結構如所示。

  常規電潛泵機組卜油管；2―電潛泵電纜3―電潛泵；4一分離器；5―保護器；6―潛油電動機。

  潛油電動機是電潛泵機組的動力源，為二級三相鼠籠式異步電動機。潛油電動機的電力由電潛泵電纜把電力從地面傳送到潛油電動機。該電動機在50H的頻率下工作時轉速為2是保護潛油電動機的，阻止井液進入潛油電動機，避免燒毀潛油電動機。在含氣井中，需要使用分離器以進行氣液分離，減少氣體對電潛泵工作性能的影響。電潛泵是電潛泵機組中的工作機，井下液體被電潛泵抽汲到地面1卜21. 2同井采注電泵機組同井采注電泵機組是在常規電潛泵的基礎上設計開發的一種新型增壓注水設備。針對不同的水井，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用的設計。這種設計避免了電纜過封隔器，提高了整體設計方案的成功率。

  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泵的上部與油管對接，下部與分離器對接，而倒置泵的上部與下保護器對接，下部與油管對接。因此，倒置泵的連接需要重新進行設計。

  針對倒置泵殼體的上部連接問題，筆者對泵頭進行了設計，采用與下保護器對接合適的法蘭面，8個Ml的螺栓（材料為1C18N9T）緊固。材料1D18N9T的抗拉強度為550MPa這8個螺栓最大能承受3201N的載荷，滿足強度要求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。泵頭結構如所示。

  泵頭結構圖針對軸的上部連接問題，在殼體連接尺寸已經確定的情況下，對軸的連接進行計算，考慮到軸竄量，確定出與下保護器連接合適的軸頭尺寸。當下保護器和倒置泵泵軸之間的間隙達到最小時，不會頂軸；同時，當下保護器和倒置泵泵軸之間同時達到最大間隙，軸上的花鍵仍能保持安全連接，不會發生脫軸現象。

  倒置泵的下部與油管對接，針對筆者提出的2種注水方案，分別設計成吸入口和排出口，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2種方案，倒置泵的下部都是油管，倒置泵泵軸依賴卡簧進行軸向定位，一旦卡簧在運轉中失效，倒置泵泵軸將失去軸向限制，最終導致倒置泵泵軸脫落，電動機的動力無法傳送到倒置泵，倒置泵停止運轉，整個同井采注機組將停止工作。對于采下注上的同井采注電泵機組，在把井液向上泵的同時，井液對倒置泵的葉導輪及軸產生向下的反推力，止推力承載的問題將更加嚴峻，因此急需解決泵的止推力承載問題。

  筆者在倒置泵底部設計了一個承載短節來解決倒置泵的止推力承載問題。當倒置泵運行的時候，倒置泵泵軸在反作用力的作用下，向下推動，承載短節動塊隨之向下，與靜塊接觸，靜塊固定在軸承密封座上，從而制止軸向下運動，起到對軸止推的作用。承載短節相當于在泵底部裝了一個小的保護器，其結構及外部構件如所示。承載短節起到承載泵止推力的作用，其外部結構包括上部接頭，導流罩和下部接頭。上部接頭與泵相接，導流罩內部過液，下部接頭起到吸入口的作用。

  ―下部接頭；2―承載短節；3―導流罩；4―上部接頭。

  由于導流罩和承載短節之間的環形空間要過一定流速的地層水，勢必要對環形空間造成沖蝕，筆者對環形空間的沖蝕安全性進行了論證。環形空間的徑向面積為2249￥在90溫度下，通過計算環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，因此在沖蝕方面環形空間是安全的。

  通過增加承載短節，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，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致整套機組失效。

  4現場試驗倒置泵于2010年1月18日在試驗井進行了試驗，試驗為期2月。倒置泵參數為：排量30mg程2880m現場試驗揚程2880m實際排量30.82m，流量偏差2.73%符合國標GB/T16750―2008規定的試驗流量偏差±4%.倒置泵實際泵效34.48%在GB/T16750―2008規定的泵效35%允差一28%范圍內。試驗完畢拆檢機組時，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井進行增壓注水。采用50m的1500m倒置泵。實際泵掛1480m實際排量50.92m.地面設備顯示電壓750V電流38A試驗結果表明，倒置泵運行良好。

  下轉第95頁）移動后露出限位鋼球，這樣就實現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提出，實現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現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，通過控制機構釋放注入到液壓腔內的液壓油，在回位彈簧的作用下，鎖緊筒鎖住限位鋼球將防噴盒接頭和防噴管接頭緊密地連接在一起。

  1.3主要技術參數最大剛體外徑：110mm最小內通徑：75mm長度：700mm工作溫度：一25 ~50工作壓力：15MPa1.4技術特點本裝置結構緊湊合理，使用方便，利用液壓油推動鎖緊筒運動壓迫或松開限位鋼球實現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常拆裝防噴盒的要求。

  2現場應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個班次，該裝置的使用情況如下。

  在檢查抽汲工具時，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現連接，且在抽汲作業時不能拔出。當需要拆卸時，通過液壓控制機構打開鎖緊裝置，只需要輕輕上提防噴盒就能夠實現拆卸。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險。

  當控制機構動作后，鎖緊筒滑動順暢，沒有卡滯現象，能夠順利鎖緊與解鎖。

  （4）防噴盒連接接頭和防噴管連接接頭之間密封良好，無滲漏現象；在連接和分離時動作順暢，無卡滯現象。

  3結論現場應用表明，防噴盒快速連接裝置各項技術指標均達到了設計要求，也得到了現場操作人員的認可。

  操作人員通過控制液壓機構就可以完成防噴盒的連接和分離，在地面上就能完成抽汲工具的檢查，從而避免操作人員因頻繁拆裝防噴管檢查抽汲工具，降低了操作中的風險。

  該裝置操作便捷，具有安全、省力、簡便、高效等特點，具有良好的應用前景。

  第一：見本刊2010年第3期。

  （本文編輯劉鋒）（上接第77頁）5結束語與同井采注電泵機組配套的倒置泵的研究與開發，為整套機組的成功開發提供了有力保證。目前倒置泵已試制成功，并在中原油田水井試驗成功。

  倒置泵的成功開發，能有效降低中原油田后期增壓注水的成本，同時擴大電潛泵機組的應用范圍，具有顯著的經濟效益和社會效益。潛油電泵