一種新型的自動(dòng)換向封閉液驅(qū)無桿采油系統(tǒng)

宋丕劉　任鵬昊　宋延文

【摘 要】常規(guī)有桿抽油設(shè)備安裝工作量大、占地面積大，抽油桿在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)桿管偏磨的問題，長時(shí)間運(yùn)行后，盤根、皮帶等配件也會(huì)出現(xiàn)磨損，后期維護(hù)費(fèi)用高，同時(shí)也會(huì)造成原油泄漏，污染環(huán)境?；谶@一技術(shù)難題根據(jù)液壓原理研發(fā)了一種新型的自動(dòng)換向封閉液驅(qū)無桿采油系統(tǒng)，避免了桿管偏磨[1]，井口漏油等問題，尤其適用于斜井。從地面液壓控制系統(tǒng)、液壓動(dòng)力傳輸系統(tǒng)、井下抽油系統(tǒng)介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，并分析了工作流程?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)平穩(wěn)無故障運(yùn)行超過24 個(gè)月，表明本系統(tǒng)可以滿足油田生產(chǎn)需求，已經(jīng)達(dá)到小批量規(guī)模。

【關(guān)鍵詞】無桿液壓驅(qū)動(dòng)；液壓超遠(yuǎn)程控制技術(shù)；封閉式；采油；偏磨

0 引言

在石油工業(yè)，傳統(tǒng)的采油設(shè)備主要是有桿抽油泵，通過地面驅(qū)動(dòng)裝置推拉抽油桿從而帶動(dòng)抽油泵進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到把原油從井底舉升到地面的目的。[2]此類舉升設(shè)備，地面驅(qū)動(dòng)裝置主要有游梁式抽油機(jī)、皮帶式抽油機(jī)和塔式抽油機(jī)，這種地面驅(qū)動(dòng)裝置存在的最大弊端是：安裝過程中工作量大、占地面積也大，抽油桿在以后的運(yùn)行過程中也會(huì)出現(xiàn)桿管偏磨的問題，長時(shí)間運(yùn)行后，盤根、皮帶等配件會(huì)出現(xiàn)磨損，后期維護(hù)費(fèi)用高，同時(shí)也會(huì)造成原油泄漏，污染環(huán)境。通過檢索可知，為了克服以上技術(shù)的不足，目前有多種關(guān)于無桿采油裝置的報(bào)道，包括水力活塞泵[3]、電動(dòng)潛油泵、液力桿泵等，其中：水力活塞泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、換向系統(tǒng)置于井眼內(nèi)，高沖次、短沖程、短密封運(yùn)行，可靠性差，而且工作液和產(chǎn)出液在井下混合、地面需要設(shè)立工作液和產(chǎn)出液的分離設(shè)備，投資大、成本高、維修率高；電動(dòng)潛油泵供液不穩(wěn)定、故障率高、電纜下井易損壞、適應(yīng)性差、壽命短；液力桿泵是把水力活塞泵的轉(zhuǎn)向控制部分從井下移到井上，從而簡化了井下部分的結(jié)構(gòu)，采用了雙管并行油路，地面設(shè)液壓工作站，井下泵不設(shè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由地面控制設(shè)備控制，但不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)密封轉(zhuǎn)換。目前尚未見不僅以高壓液體為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)無桿抽油，而且通過活塞死點(diǎn)高壓啟動(dòng)液路自動(dòng)密封轉(zhuǎn)換的液驅(qū)無桿采油裝置的報(bào)道。

1 系統(tǒng)組成及工藝流程

自動(dòng)換向封閉液驅(qū)無桿采油系統(tǒng)包括地面液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、井下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以及將地面動(dòng)力液傳輸?shù)骄碌膭?dòng)力傳輸管等，如圖1所示。

1.1 地面液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

地面液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是控制柜控制動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生交替的高壓油為井下設(shè)備傳遞能量。主要包括：液壓動(dòng)力泵，溢流閥、換向閥[4]、壓力繼電器、控制柜、壓力傳輸管等，所有部件集中在一個(gè)底座上，結(jié)構(gòu)緊湊。

其控制原理是液壓動(dòng)力泵產(chǎn)生一定壓力的高壓能量，高壓能量通過壓力傳輸管傳輸?shù)骄碌墓ぷ鳈C(jī)，并且壓力繼電器實(shí)時(shí)檢測(cè)井下的壓力，控制柜通過檢測(cè)壓力繼電器的信號(hào)而控制換向閥換向，改變高壓能量在傳輸管中的流向，從而帶動(dòng)井下設(shè)備實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，舉升油液。

1.2 液壓動(dòng)力傳輸系統(tǒng)

液壓動(dòng)力傳輸系統(tǒng)將地面系統(tǒng)產(chǎn)生的高壓能量高效的傳遞到井下運(yùn)動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)部件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其特點(diǎn)是具有兩個(gè)連續(xù)性的壓力傳輸管，并且交替提供高壓能量，促使井下運(yùn)動(dòng)部件能夠強(qiáng)制的高效的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，避免自行運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的系統(tǒng)效率低下問題[4]。

本系統(tǒng)中采用的是兩根并排的連續(xù)不銹鋼管，從井上到井下只有一個(gè)接頭，大大降低了系統(tǒng)能量泄漏的概率。并且兩根不銹鋼管綁在生產(chǎn)油管外壁上，自身不受重力作用，從而大大提高設(shè)備壽命問題。

1.3 井下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

井下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含液驅(qū)推進(jìn)器、倒置式柱塞泵。液驅(qū)推進(jìn)器受到來自地面的交替高壓動(dòng)力液的作用，產(chǎn)生直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)倒置式柱塞泵往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將油液經(jīng)生產(chǎn)油管舉升到地面。其特點(diǎn)是倒置式柱塞泵固定閥在上面，意外停機(jī)時(shí)油管中的油液不會(huì)經(jīng)固定閥進(jìn)入泵筒，同時(shí)因停機(jī)造成的油管產(chǎn)出液中的沉降物質(zhì)也不會(huì)進(jìn)入泵筒，大大提高了柱塞泵的運(yùn)行時(shí)間。[4-7]

另外整個(gè)系統(tǒng)采用液壓油作為動(dòng)力，并且做到封閉式循環(huán)，液壓油不會(huì)泄漏，不僅提高了效率，而且與其他水基、油基混合物做動(dòng)力的設(shè)備相比使用壽命大大提高。

1.4 工藝流程

地面動(dòng)力泵產(chǎn)生高壓能量經(jīng)其中一根壓力傳輸管將高壓能量按一定的速度傳輸?shù)骄乱候?qū)推進(jìn)器。液驅(qū)推進(jìn)器按一定速度往上運(yùn)動(dòng)，并且?guī)?dòng)柱塞泵向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)液驅(qū)推進(jìn)器活塞運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)，壓力傳輸管中的液體壓力會(huì)急劇增高，當(dāng)壓力大于壓力繼電器的設(shè)定壓力時(shí)，壓力繼電器產(chǎn)生信號(hào)，并經(jīng)過控制柜控制換向閥換向。換向后高壓能量經(jīng)過另一根壓力傳輸管傳輸?shù)揭候?qū)推進(jìn)器，推動(dòng)液驅(qū)推進(jìn)器活塞下行，帶動(dòng)倒置式柱塞泵下行。當(dāng)液驅(qū)推進(jìn)器活塞運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)時(shí)，地面的壓力繼電器感應(yīng)到壓力急劇增高，并通過控制柜控制換向閥換向，如此循環(huán)。[4-7]

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

本技術(shù)2013年5月開始在延長油田試驗(yàn)應(yīng)用，截止到目前為止以運(yùn)用30多口井，在南泥灣采油廠，采用的一拖三的自動(dòng)換向封閉液驅(qū)無桿采油系統(tǒng)，即一個(gè)泵站拖動(dòng)三口油井。試驗(yàn)的3口井泵掛與常規(guī)井相比泵掛深150米左右，而其它井況基本相似，試驗(yàn)的3口井日耗電為74.4度，平均單井日耗電為24.8度，與常規(guī)抽油機(jī)井相比節(jié)電率可達(dá)到64.9%。

3 結(jié)論

該技術(shù)采用井下液壓推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)井下柱塞式抽油泵實(shí)現(xiàn)舉升，地面動(dòng)力站可為多口油井提供動(dòng)力液，可實(shí)現(xiàn)單井獨(dú)立或多井優(yōu)化控制。建立了遠(yuǎn)距離動(dòng)力液模型，研發(fā)了動(dòng)力液遠(yuǎn)距離高效傳輸系統(tǒng)，并具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制功能。該技術(shù)操作簡便、性能可靠，節(jié)能環(huán)保，特別適合平臺(tái)井組集群舉升。該成果產(chǎn)品與其他采油設(shè)備相比，項(xiàng)目產(chǎn)品成本大幅降低，運(yùn)行成本大幅降低，符合國家節(jié)能降耗的政策，在未來石油開采中將越來越發(fā)揮其優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)采油技術(shù)革命性突破。

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