灘淺海油田人工舉升設(shè)備的發(fā)展

沈琪

摘 要：文章重點回顧了人工舉升的主要方法和設(shè)備，并論述其各自的特點、性能及其適用場合，并根據(jù)灘海油田開發(fā)的要求，對各類設(shè)備進行比較、評估。最后遴選出比較適合于海上采油平臺所需的人工舉升設(shè)備。

關(guān)鍵詞：人工舉升；螺桿泵；電潛泵；直驅(qū)往復泵

中圖分類號：TE951 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）09-0181-03

Abstract： In this paper， the main methods and equipment of manual lifting are reviewed， and their respective characteristics， performance， and applicable occasions are discussed. According to the requirements of development of beach oil fields， various kinds of equipment are compared and evaluated. Finally， the artificial lifting equipment which is suitable for offshore oil recovery platform is selected.

Keywords： manual lift； screw pump； electric submersible pump； direct-drive reciprocating pump

在我國渤海灣已開采多個淺海油田，渤海灣區(qū)域由勝利、遼河、大港等沿渤海灣區(qū)的灘海油田，水深多在20米以內(nèi)，油田開采的層位也大致和陸上相同，但由于海上油田的開采環(huán)境和工作條件，畢竟與陸地不同，選擇的采油設(shè)備必須適應海洋工作條件和有關(guān)規(guī)定；由于我國近海油田油井的自噴能力差，或只是投產(chǎn)初期有短暫的自噴期，故如何合理地選擇人工舉升設(shè)備，使油井的生產(chǎn)效能最大化，以取得最好的經(jīng)濟效益，就是值得研討的議題。本文將根據(jù)淺海油田開采的特點，對若干種類的人工舉升設(shè)備的特質(zhì)性能及其適應性、安全性、可靠性、經(jīng)濟性等做評估。

1 人工舉升設(shè)備的大致分類及其特點

人工舉升設(shè)備是在油井不能靠地層能量把原油推出地面，而必須施加外部能量，舉升原油到地面的機械設(shè)備。大體可分為有桿抽油設(shè)備與無桿抽油設(shè)備兩大類。

1.1 有桿泵抽油設(shè)備

有桿泵抽油設(shè)備：是一種以地面機驅(qū)動井下泵的機桿泵系統(tǒng)，又可分為：以地面抽油機帶動井下抽油桿作往復運動的抽油泵系統(tǒng)；以及地面使用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動頭，帶動抽油桿作旋轉(zhuǎn)運動的螺桿泵系統(tǒng)兩大類。

地面抽油機驅(qū)動有桿泵抽油系統(tǒng)技術(shù)最為成熟，具有高度可靠性，較為耐用的抽油裝備，是國內(nèi)油田及灘海油田最為常見的人工舉升設(shè)備。地面抽油機主要有游梁式、鏈條式長沖程抽油機和液壓式長沖程抽油機。循環(huán)鏈條式長沖程抽油機，以其結(jié)構(gòu)簡單、沖程長、可靠耐用、獲得廣泛應用；該型機適用于深井，大排液量、且占地面積相對較少，維修成本低。

抽油桿是有桿抽油系統(tǒng)的重要組成部份，抽油桿材料可分為鋼質(zhì)桿與合成材料桿，例如玻璃鋼、炭纖維等?？梢愿鶕?jù)油井的深度進行選擇或不同尺寸的桿組成一組在同一口井中使用，以減輕桿柱的重量。新材料桿重量顯著輕于鋼質(zhì)桿，可提高泵掛深度，但由于玻璃鋼桿不能承受壓縮載荷，不適用于井下溫度較高的井，如熱采井等。

抽油泵又稱深井泵，也是有桿抽油設(shè)備的重要部件，它可大致分為桿式泵與筒式泵：桿式泵應用較普遍，一般適用于較深井，而管式泵的直徑較桿式泵大，在同樣沖次、沖程情況下，可獲得較大產(chǎn)液量，但由于泵組中泵筒與柱塞相分離，在井深超過1000米時，較難于掌握泵的沖程長度，而且當泵磨損或因泵閥出現(xiàn)漏油，必須提出油桿與油管，修井費工費時，故只在淺井大排液量的情況下才有應用。桿式泵操作簡單且當泵柱塞幅與凡爾等出現(xiàn)磨損漏油時，只需將抽油桿提出即可換泵，重新下井，修井效率提高。故獲得廣泛應用，當遇有油井出沙、或含氣量大時，須加裝防沙、防氣設(shè)施以避免氣鎖和沙卡，其防腐蝕性能較好，可耐受較高的井底溫度，如在290攝氏度可正常工作。

旋轉(zhuǎn)式螺桿泵抽油系統(tǒng)也是有桿抽油系統(tǒng)之一，與常規(guī)抽油系統(tǒng)所不同的是井下泵采用螺桿泵，它是一個具有單螺旋的鋼質(zhì)轉(zhuǎn)子，與具有雙螺旋的彈性材料定子組成，當螺桿在定子中做旋轉(zhuǎn)運動時，定子與轉(zhuǎn)子間形成一個遞進式連續(xù)空腔，由于轉(zhuǎn)子與定子相接觸點是密封的，所以原油從這一摩擦幅所形成的連續(xù)空腔中被推舉到地面。轉(zhuǎn)子與抽油桿相連接，而定子則與油管相連，下入井中組成泵系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，沒有了泵閥，防止了氣鎖，故適應于含氣、含沙、稠油的開采，恰好彌補了往復式抽油系統(tǒng)的不足。

這種抽油系統(tǒng)的優(yōu)勢，在于地面驅(qū)動機組及井下泵，較常規(guī)機組大為簡化，使投資減少；由于它的系統(tǒng)效率較高，一般可達60%～70%，故較常規(guī)有桿深井泵可節(jié)約能源降低運行成本；尤其適合抽汲粘度較高原油。這一系統(tǒng)地面驅(qū)動部分，占地面積小，地面設(shè)備維修工作量少，利于環(huán)境保護；當使用無接頭的連續(xù)抽油桿時，更能節(jié)省下泵時間，減少抽油桿事故和延長檢泵周期。其局限性則是井下溫度不能過高（一般不超過160攝氏度）。故當井下溫度適宜的情況下，選擇這種抽油設(shè)備是比較適應淺海油田的。

1.2 無桿抽油設(shè)備

無桿抽油設(shè)備按照其驅(qū)動方式，大致可分為二類，一類是用電力驅(qū)動井下泵（或旋轉(zhuǎn)或往復泵）；另一類采用液壓動力驅(qū)動井下液力泵（或旋轉(zhuǎn)泵或往復泵）將原油提升到地面。

潛油離心泵系統(tǒng)（電潛泵）：由地面電力控制箱、井下電纜、井下離心泵機組等基本部件組成。井下泵機組由一臺三相感應電機（500HZ，3000轉(zhuǎn)/分）和離心泵組成，離心泵是由多級葉輪組構(gòu)成；其最大下井深度可達4500米，并可適應于斜井，或井眼彎曲的井，井口只有一個電控箱，所需占地面積很小，適應環(huán)保要求高的海上油區(qū)，便于數(shù)據(jù)采集和實現(xiàn)遠程自動控制，故在海上產(chǎn)液量適當?shù)挠途蝎@得廣泛應用。和常規(guī)桿式泵相比，在井深不超過2000米；排液量小于50方/日，使用電潛泵的一次性投資和運行費用均大于常規(guī)有桿泵。

另外離心泵不適用于抽粘度高的原油，故在淺井及高粘液中并不適用。

數(shù)控往復式潛油電泵是一種把直線電機引入井下抽油的較新裝備，由于直線電機的動子可以做直線運動，直接驅(qū)動往復泵柱塞；大大簡化了井下往復運動的抽油泵裝置，省去了地面的抽油機和與之相連接的抽油桿。

這種潛油電泵是由地面電控柜和智能控制系統(tǒng)電柜，通過潛油電纜傳導至井下直線電機和抽油泵。適用于5.5

及其以上的套管直徑，可在井底溫度不大于120度時正常工作，輸出最大功率可達30千瓦，額定推力2400N（最大推力3500N）日產(chǎn)液量達20方/日。

該類設(shè)備與相同等排液能力的有桿抽油設(shè)備相比，減去了地面驅(qū)動和抽油桿；由于動力直達抽油泵大大提高了抽油系統(tǒng)效率，節(jié)約能源（與同類有桿系統(tǒng)相比可節(jié)約

50%的用電量）。井口占地面積小，有利于地面環(huán)保要求。更方便自動控制和遠程傳輸，可用于斜井，適應于小排液量井，而且電機與泵的結(jié)構(gòu)簡單，一次投資較少，泵效高（柱塞泵可達60%～90%；離心泵50%左右）。由于具有以上優(yōu)點故比較適應近海油田產(chǎn)量較低的油井，與電潛泵可以相互補充成為海上油田較好的采油裝備。

液力驅(qū)動的水力活塞泵系統(tǒng)可以在地面建設(shè)動力源泵站，驅(qū)動多口井，因此可以使每口井的占地面積很小，也很適應環(huán)保要求。還可應用于深井、斜井，它能適應各種不同的排液量的井，能適應井下溫度120度～290度。因系液力驅(qū)動，故要求動力液的清潔度較高。

液力驅(qū)動噴射泵適用于高腐蝕性井液。但由于噴射泵效率較低，適用于較淺井和低產(chǎn)液井。

氣驅(qū)動采油設(shè)備所需設(shè)施簡單，成本低適用于油氣比較高的油井。

2 目前我國灘淺海油田人工舉升設(shè)備的選擇方法

我國沿渤海灣的淺水域（水深20-50米），已開發(fā)數(shù)十個油田，僅勝利油田開發(fā)的埕島油田就有130多平方公里，現(xiàn)有采油平臺100余座，隨著深度勘探開發(fā)，不斷有新的區(qū)塊和采油平臺投入生產(chǎn)。根據(jù)渤海灣區(qū)域的灘海油田特點，油層深度大都在3000米以內(nèi)，產(chǎn)氣量較低，粘度中等，油井初始階段有少量能自噴，但在較短時間內(nèi)均須選用人工舉升設(shè)備。選用的原則有以下幾個要素：

2.1 油井的產(chǎn)液能力

根據(jù)每一種舉升系統(tǒng)的油管流入曲線選擇適合的泵達到合適的壓力降，使產(chǎn)液量與地層壓力相匹配取得合適的產(chǎn)量，進而獲得所期望的產(chǎn)液量。

2.2 油井產(chǎn)氣量

在選擇人工舉升方法時，產(chǎn)氣量和氣液比是一個重要因素，若通過舉升設(shè)備的氣量大，則各種泵送系統(tǒng)的產(chǎn)液能力均有下降。

2.3 下泵深度和有效舉升

灘海油田的油井多為定向井或水平井，下泵深度超出直井段，就要考慮所選泵是否適應斜井和水平井。

2.4 適用性

考慮到油井投產(chǎn)后，由于自然能量減少而出現(xiàn)的產(chǎn)液變化，或由于油井措施后產(chǎn)液量的改變，所選擇舉升設(shè)備要有一定適應能力。對于淺海平臺來說裝置占用的空間位置很關(guān)鍵。

2.5 經(jīng)濟效益

人工舉升設(shè)備除需滿足油井所須生產(chǎn)能力，還必須對其經(jīng)濟性進行評估，即包括設(shè)備的初投資、運行費用、可使用年限及維修周期等應予以綜合考慮。

例如電潛泵與游梁機桿式泵在相同工況下比較，其初始投資大體為0.7：1；但由于運行費用電潛泵遠高于有桿泵（1.5：1）則十年累計的總費用為1.4：1。若以潛油直線電機驅(qū)動的數(shù)控往復潛油電泵與游梁機桿式泵相比較，其初始投資約為1：0.95；潛油泵略高，但其泵效可提高40%，即運行費用降低，總的經(jīng)濟效益較好。螺桿泵與游梁機相比無論初始投資與運行費用均有所降低，經(jīng)濟性能較好。

依照我國淺?；驗┖Ｓ途膶嶋H，一般選擇如下：

（1）有桿泵中的螺桿泵對灘海油田有廣泛的適應性；

（2）在產(chǎn)量較低的油井（不大于20方/天），數(shù)控往復潛油電泵是較好的選擇；（3）有桿式長沖程抽油機適應廣泛，可根據(jù)具體情況選擇；（4）在需要高排液量時，電潛泵是主要選擇。

3 結(jié)束語

應用于海上油井的人工舉升設(shè)備，必須適合于灘淺海油田特點要求；淺海油井大多位于海上采油作業(yè)平臺，由于平臺面積有限，它就決定了抽油設(shè)備的占地面積愈小愈好；平臺設(shè)備都要有完善的安全防護和優(yōu)越的環(huán)保性能；由于采油平臺一般不配備修井設(shè)備，故所選取的抽油設(shè)備必須具有高可靠性和長工作壽命，因為頻繁的修井作業(yè)要加大生產(chǎn)成本。由于海洋氣候?qū)υO(shè)備具有高腐蝕性，所選地面設(shè)施應有良好的耐腐蝕性能；海上采油設(shè)施應便于遠程傳輸和自動化。隨著斜井、水平井等復雜井型數(shù)量不斷增加，油井工況越來越復雜，對舉升設(shè)備要求越來越高，發(fā)展更加安全環(huán)保、可靠、節(jié)能、高效的人工舉升新技術(shù)是采油工程發(fā)展的必然趨勢，并配套實時監(jiān)測與診斷技術(shù)，提高對生產(chǎn)過程中的監(jiān)測和控制水平。在低油價形勢下，通過技術(shù)創(chuàng)新，提高人工舉升系統(tǒng)效率，降低能耗，提高投資回報率。

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