碳纖維連續(xù)抽油桿在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

朱益飛（勝利油田孤東采油廠）

碳纖維連續(xù)抽油桿在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

朱益飛（勝利油田孤東采油廠）

針對(duì)金屬抽油桿存在的自身比重大、難以下得更深、易腐蝕、能耗高、維修費(fèi)用高、檢泵周期短，以及老油田含水率高、腐蝕重、深層低滲透油藏舉升難度大等問題，提出應(yīng)用高強(qiáng)度、質(zhì)輕、耐腐、抗磨的新材料替代金屬抽油桿這一研究應(yīng)用課題，介紹了碳纖維連續(xù)抽油桿的主要采油工藝、特點(diǎn)、以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及實(shí)施效果，并對(duì)實(shí)施效果作了綜合效益評(píng)價(jià)分析等。實(shí)踐證明，碳纖維連續(xù)抽油桿與金屬抽油桿相比，在油井深抽提液、節(jié)能防腐方面應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)性和高效性，能有效地解決傳統(tǒng)鋼制抽油桿存在的問題。先后在勝利油田推廣應(yīng)用102口油井，實(shí)現(xiàn)單井平均日增液1.9 t，增油0.3 t，每千米噸油耗電量下降了30%左右，累計(jì)增油1.24×104t，節(jié)電198 kWh，易腐蝕井檢泵周期延長3.6倍，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

碳纖維；連續(xù)抽油桿；防腐蝕

引言

目前，我國各油田90%以上的抽油設(shè)備采用游梁式抽油機(jī)，而游梁式抽油機(jī)由于較多的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備，其系統(tǒng)運(yùn)行效率相對(duì)較低，有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明，油田30%的采油成本消耗在游梁式抽油機(jī)上[1-2]。近幾年來，隨著油價(jià)的持續(xù)低迷對(duì)油田開發(fā)生產(chǎn)經(jīng)營帶來嚴(yán)重的困境，新常態(tài)與低油價(jià)給油田開發(fā)生產(chǎn)帶來了更大挑戰(zhàn)。在新形勢(shì)下，如何突破目前石油市場(chǎng)的油價(jià)持續(xù)低迷重圍，實(shí)現(xiàn)油田油井開發(fā)生產(chǎn)提質(zhì)增效成為一項(xiàng)重要的研究課題[3]。面對(duì)這一新問題，勝利油田積極開展了許多有益的實(shí)踐與探索，積極開展新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用試驗(yàn)，大力降低開發(fā)成本和油氣生產(chǎn)能耗，特別是對(duì)于易腐蝕井，鋼質(zhì)抽油桿因油井腐蝕問題難以解決，造成抽油桿因腐蝕斷桿問題時(shí)有發(fā)生，既影響了油井正常生產(chǎn)，又增加了油井作業(yè)維修費(fèi)用。在油田經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)以及低油價(jià)等背景下，金屬抽油桿的局限性也越來顯著[4]。統(tǒng)計(jì)顯示，如果桿柱重量降低一半，僅電耗就能降低20%～30%[5]。所以按照油田開發(fā)現(xiàn)狀的需求及節(jié)能降耗的要求，研究應(yīng)用高強(qiáng)度、質(zhì)輕、耐腐、抗磨的新材料替代金屬抽油桿就成為必須要解決的現(xiàn)實(shí)問題。

1 碳纖維連續(xù)抽油桿

1.1 采油工藝

針對(duì)碳纖維連續(xù)抽油桿質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐腐蝕，特別適用于油井舉升，具有降載節(jié)能、深抽提液、延長檢泵周期等優(yōu)勢(shì)，通過實(shí)施碳桿加鋼桿的組合桿柱方式，碳桿泵下加重全井防腐工藝采用泵下加重的方式，將鋼制加重桿下入到抽油泵的下部，從而使泵上桿柱全部為碳纖維連續(xù)抽油桿，抽油桿無接匝，徹底實(shí)現(xiàn)了泵上桿柱的全井防腐。同時(shí)，由于該泵具有下行反饋力，再配合加重桿一起使用，可有效避免碳纖維連續(xù)抽油桿受壓等問題。表1為碳纖維連續(xù)抽油桿與金屬連續(xù)抽油桿性能特性對(duì)比表。

表1 碳纖維連續(xù)抽油桿與金屬連續(xù)抽油桿性能特性對(duì)比

1.2 應(yīng)用特點(diǎn)

1）重量輕，不易變形。碳纖維抽油桿同金屬抽油桿相比，下井千米也不易變形，比重輕。

2）操作簡單，使用方便。碳纖維連續(xù)抽油桿如同電纜一樣一圈圈纏繞在圈筒上，拉直后，最長長度可達(dá)5000 m。用它下井開采石油，可以直接根據(jù)每口井的實(shí)際深度進(jìn)行截取，非常方便，無須像使用普通的不連續(xù)抽油桿那樣，一根一根地拼接。

3）防腐能力強(qiáng)，使用壽命長。碳纖維抽油桿不僅節(jié)能，還具有極佳的抗腐蝕性能，能經(jīng)得住油井中硫的腐蝕，使用時(shí)間比金屬桿更長。

4）節(jié)能效果好。采油時(shí)，使用碳纖維連續(xù)抽油桿比采用普通鋼制抽油桿，每千米噸油耗電量下降30%左右。有關(guān)測(cè)試結(jié)果顯示，相同工藝條件下，碳纖維連續(xù)抽油桿力學(xué)性能與某進(jìn)口碳纖維制品持平，拉伸模量等部分指標(biāo)還略有勝出[6]。

5）延長油井檢泵周期，減少油井故障維修費(fèi)用。使用碳纖維連續(xù)抽油桿比采用普通鋼制抽油桿，對(duì)于易腐蝕井檢泵周期延長3.6倍。

6）具有高強(qiáng)度、高模量特性。碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量新型纖維材料，其力學(xué)性能優(yōu)異，被稱為“新材料之王”。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，比重不到鋼的1/4，強(qiáng)度卻是鋼的7～9倍，并且還具有耐腐蝕性、高模量的特性，在航天航空、國防軍工和民用方面都是重要材料[7]。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2015年底，勝利油田在開展室內(nèi)碳纖維連續(xù)抽油桿應(yīng)用技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究試驗(yàn)。先后在勝利油田多家采油廠進(jìn)行了102口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，下井成功率100%，單井平均日增液1.9 t，增油0.3 t，每千米噸油耗電量下降了30%左右，累計(jì)應(yīng)用碳纖維桿22.7×104m，累計(jì)增油1.24×104t，節(jié)電198 kWh時(shí)，易腐蝕井檢泵周期延長3.6倍，應(yīng)用效果相當(dāng)顯著。其中，勝利油田某采油廠52-408小井眼井上，將碳纖維連續(xù)抽油桿的下泵深度由1800 m加深到2500 m，解決了小井眼井下泵深度不能超過2000 m的技術(shù)難題。而后不斷探索加深泵掛，到目前，最大下泵深度已突破3000 m。措施實(shí)施后，該井日產(chǎn)液增加5.8 m3，日產(chǎn)油增加3 t，泵效從15.0%上升到39.2%，桿柱載荷減少了30%以上。

從表2中可以看出，項(xiàng)目實(shí)施后，在油井保持相同沖速的前提下，產(chǎn)液量和產(chǎn)油量均有不同程度提升，油井電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)平均提高了0.271，平均單井日節(jié)電量達(dá)41 kWh，平均單井有功功率下降了1.72 kW，平均單無功功率下降了1.34 kvar，千米噸液耗電量下降了20.6 kWh/t，綜合節(jié)電率達(dá)到33.6%，油井平均系統(tǒng)效率提升7.19%。

3 綜合效益評(píng)價(jià)分析

1）節(jié)電效益。項(xiàng)目實(shí)施后，其綜合節(jié)電率達(dá)到33.6%，單井平均日節(jié)電達(dá)到41 kWh，102口油井年節(jié)電量可達(dá)15.3×105kWh，電價(jià)以0.631元/kWh計(jì)算，預(yù)計(jì)可節(jié)省電費(fèi)支出96.3萬元。

2）油井系統(tǒng)運(yùn)行效率提升。油井系統(tǒng)效率由項(xiàng)目實(shí)施前23.56%提升到項(xiàng)目實(shí)施后的30.75%，油井平均系統(tǒng)效率提升7.19%，達(dá)到了油井“能效倍增”的技術(shù)改造目標(biāo)。

3）油井生產(chǎn)時(shí)率提升。該工藝技術(shù)具有油井免維修、延長密封組件的使用壽命、降低停機(jī)維修率、節(jié)省大量的維護(hù)費(fèi)用的特點(diǎn)，不僅可減少了油井維修成本，而且提高了油井生產(chǎn)時(shí)率，增加油井采油工作效率和效益。如油田某1口油井之前由于含硫量高，普通鋼桿撐不到兩個(gè)月就被腐蝕無法工作，因而被迫關(guān)停，使用碳纖維連續(xù)抽油桿后，該抽油桿具有極佳的抗腐蝕性能，能經(jīng)得住油井中硫的腐蝕，使用時(shí)間比金屬桿更長，從而使油井起死回生，至今已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行600多天。

4）減排效益。按照節(jié)約1 kWh時(shí)電能減排0.997 kg CO2，即按減少碳排放0.272 kg計(jì)算，則碳纖維連續(xù)抽油桿應(yīng)用后每年可減少碳排放415 t，具有較好的減排效益。

5）具有良好的防腐能力。油井采用全井防腐，能經(jīng)得住油井中硫的腐蝕，使用時(shí)間比金屬桿更長。

6）安全可靠性好，操作簡單方便。碳纖維連續(xù)抽油桿性能安全可靠，自投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用以來，該抽油桿運(yùn)行正常，極少發(fā)生運(yùn)行機(jī)制故障，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和維護(hù)簡單。用它下井開采石油，可以直接根據(jù)每口井的實(shí)際深度進(jìn)行截取，非常方便省事。它非常適合于應(yīng)用含水率高、腐蝕重、深層低滲透油藏舉升難度大的油井開采。

表2 102口油井實(shí)施前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

7）投資回報(bào)率高。原油價(jià)格以2000元/t計(jì)算，年增油效益2 233.8萬元，項(xiàng)目總投入為2500萬元，則項(xiàng)目投資回收期預(yù)測(cè)為1年。

4 結(jié)束語

實(shí)踐證明，碳纖維連續(xù)抽油桿與金屬抽油桿相比，它在油井深抽提液、節(jié)能防腐方面應(yīng)用具有良好的經(jīng)濟(jì)性和高效性能，特別是對(duì)含硫量高、腐蝕性強(qiáng)的油井，具有極佳的抗腐蝕性能，能經(jīng)得住油井中硫的腐蝕，使用時(shí)間比金屬桿更長，滿足油井長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行工作的需要，是一種替代傳統(tǒng)金屬抽油桿的理想節(jié)能新產(chǎn)品。碳纖維連續(xù)抽油桿在油井生產(chǎn)中的應(yīng)用，能有效地解決傳統(tǒng)鋼制抽油桿自身比重大難以下得更深、易腐蝕、能耗高、維修費(fèi)用高、檢泵周期短，以及老油田含水率高、腐蝕重、深層低滲透油藏舉升難度大等問題，具有高強(qiáng)度、高模量特性、防腐能力強(qiáng)、節(jié)能效果好、使用操作方便、有效延長油井檢泵周期等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]朱益飛，石曉明，馬冬梅.提高孤東油田機(jī)采系統(tǒng)效率的探討[J].電力需求側(cè)管理，2009，11（4）：44-48.

[2]石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法：SY/T 5264—2012[S].北京：石油工業(yè)出版社，2012：4-10.

[3]朱益飛.孤東油田北一西線油井地面系統(tǒng)耗能節(jié)點(diǎn)分析及對(duì)策[J].石油石化節(jié)能，2011，1（5）：35-39.

[4]全國石油鉆采設(shè)備和工具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).抽油桿：SY/T 5029—2013[S].北京：石油工業(yè)出版社，2014：5-16.

[5]劉希明，劉常友，王效美，等.新型防脫抽油桿的研制與應(yīng)用[J].石油機(jī)械，2004，32（7）：35-36.

[6]全國石油鉆采設(shè)備和工具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿：SY/T 6585—2003[S].北京：石油工業(yè)出版社，2003：8-9.

[7]吳鋼中，田豐，張海宴，等.碳纖維復(fù)合材料連續(xù)抽油桿的特點(diǎn)及應(yīng)用前景[J].石油機(jī)械，2002，30（2）：53.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.11.009

朱益飛，高級(jí)工程師，1989年畢業(yè)于華東石油學(xué)院（生產(chǎn)過程自動(dòng)化專業(yè)），從事油田計(jì)量與節(jié)能新技術(shù)新工藝的研究開發(fā)與推廣應(yīng)用工作，E-mail：zhuyifei112.slyt@sinopec.com，地址：山東省東營市河口區(qū)仙河鎮(zhèn)勝利油田孤東采油廠技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督中心，257237。

2017-08-08

（編輯 王古月）