皮帶抽油機(jī)在海外X區(qū)塊油砂開采中的應(yīng)用研究

楊陽 于繼飛 曹硯鋒 范白濤 何國剛

(1. 中海油研究總院有限責(zé)任公司， 北京 100028；2. 勝利油田高原石油裝備有限責(zé)任公司， 山東 東營 257000)

海外油田開發(fā)中主要采用高溫電潛泵進(jìn)行油砂開采，由于高溫電潛泵為外國公司壟斷技術(shù)，因而存在設(shè)備昂貴、檢泵費(fèi)用高等問題。由于開采成本高，因此，低油價(jià)時(shí)期的海外油砂開采效益受到較大影響。皮帶抽油機(jī)是我國石油裝備公司生產(chǎn)的長沖程、低沖次、純機(jī)械傳動抽油機(jī)，特別適用于大泵提液、小泵深抽、稠油開采等工況。目前，已開發(fā)出多種型號的皮帶抽油機(jī)。這些皮帶抽油機(jī)，在國內(nèi)油田運(yùn)轉(zhuǎn)良好，還出口到美國、加拿大、古巴、阿根廷、俄羅斯及部分中東國家。皮帶抽油機(jī)操作簡單，維護(hù)方便，其設(shè)備購置及維護(hù)的費(fèi)用相對較低。

國內(nèi)外學(xué)者針對皮帶抽油機(jī)進(jìn)行了深入研究[1-9]，但是研究方向多為皮帶抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原理及深抽工藝，而較少涉及皮帶抽油機(jī)在油砂開采中的應(yīng)用。實(shí)踐中，皮帶抽油機(jī)目前已應(yīng)用于新疆油田SAGD稠油開采[10]，但是并未應(yīng)用于SAGD油砂開采。

本次研究將討論皮帶抽油機(jī)在海外X區(qū)塊油砂開采中的應(yīng)用。海外X區(qū)塊油砂產(chǎn)量較高(油砂日產(chǎn)量約為900 m3)，全角變化率(狗腿度)大，而目前皮帶抽油機(jī)最高日產(chǎn)量為600 m3；因此，考慮采用開發(fā)前期使用電潛泵、開發(fā)后期使用皮帶抽油機(jī)的開采模式。井口斜度較高，可達(dá)45°，因此，需要對皮帶抽油機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，然后才能將其應(yīng)用于海外X區(qū)塊油砂開采。

1 皮帶抽油機(jī)選型設(shè)計(jì)

皮帶式抽油機(jī)選型主要依據(jù)其所限定的懸點(diǎn)最大載荷、懸點(diǎn)最小載荷、減速器曲柄軸最大扭矩等參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)軟件，對不同狗腿度下的皮帶抽油機(jī)進(jìn)行選型，選型結(jié)果如表1所示。

表1 不同狗腿度下皮帶抽油機(jī)選型結(jié)果

油井的全角變化率較大，抽油桿下行困難，導(dǎo)致抽油機(jī)無法實(shí)現(xiàn)高沖次運(yùn)轉(zhuǎn)，從而限制了鉆采產(chǎn)量。根據(jù)目前油井的動液面、下泵深度等情況，計(jì)算得知裝機(jī)后光桿載荷不大于10 t。綜合各方面因素，選用最大載荷為14 t、沖程長度為7 m的800型皮帶抽油機(jī)為最優(yōu)型號。但是所選抽油機(jī)的最大日產(chǎn)量只能達(dá)到250 m3，并不能滿足X區(qū)塊油砂開采最大日產(chǎn)量900 m3的需求；因此，我們擬在開發(fā)前期應(yīng)用電潛泵，在開發(fā)后期當(dāng)日產(chǎn)量降到250 m3以下時(shí)轉(zhuǎn)為應(yīng)用皮帶抽油機(jī)，這種模式基本可以滿足需求。

2 電潛泵轉(zhuǎn)皮帶抽油機(jī)對地面工程的影響

當(dāng)電潛泵轉(zhuǎn)皮帶抽油機(jī)時(shí)，因地面工程設(shè)計(jì)前期配置的是電潛泵開采相關(guān)配套設(shè)備，如果改用皮帶抽油機(jī)則應(yīng)根據(jù)具體情況對采油樹進(jìn)行改造，并擬定相應(yīng)的修井操作注意事項(xiàng)。

采油樹改造過程并不復(fù)雜，只需拆除清蠟閥，將清蠟閥換成光桿防噴器和光桿密封器。如果抽油泵尺寸大于油管掛通道尺寸，則應(yīng)更換油管掛。

對于地面已有的電潛泵控制設(shè)備，因并不影響修井空間，可不移除。皮帶抽油機(jī)放置于修井區(qū)域內(nèi)，如需修井則將其拆除。修井機(jī)進(jìn)入修井區(qū)域開始工作，待修井結(jié)束后，重新安裝皮帶抽油機(jī)。拆裝皮帶抽油機(jī)的整個過程很快完成，大約需1～2 h。電潛泵轉(zhuǎn)皮帶抽油機(jī)對工程的影響很小，此開采模式可以實(shí)現(xiàn)。

3 井口斜度較大對皮帶抽油機(jī)的影響

常規(guī)的皮帶抽油機(jī)通常適用于垂直井口，而不適用于斜井口。目前海外X區(qū)塊油砂開采中，井口斜度較大，最高可以達(dá)到45°，常規(guī)的皮帶抽油機(jī)并不適用。皮帶抽油機(jī)應(yīng)用于斜口井開發(fā)主要面臨以下問題：

一方面，當(dāng)井口斜度較大時(shí)，皮帶抽油機(jī)受到的橫向拉力較大。以井口斜度45°為例，當(dāng)井口光桿載荷為14 t時(shí)，受到的橫向拉力為9.9 t，采用現(xiàn)有的抽油機(jī)安裝方式會發(fā)現(xiàn)傾翻。

另一方面，當(dāng)井口斜度較大時(shí)，光桿和皮帶受到重力作用下垂，易導(dǎo)致光桿偏摩或光桿在井口卡緊，使下行速度變慢。

針對以上問題，結(jié)合皮帶抽油機(jī)長沖程大載荷的優(yōu)勢，提出解決方案，如圖1所示。在現(xiàn)有800型皮帶式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上，根據(jù)井口斜度設(shè)計(jì)了抽油機(jī)的輔助支撐和皮帶導(dǎo)軌。

圖1 斜井口采用皮帶抽油機(jī)開采解決方案示意圖

針對斜井口采用皮帶抽油機(jī)開采的穩(wěn)定性進(jìn)行校核，如圖2所示。其中：扭矩1(M1)，M1=14 t×4.5 m=63.0 t·m；扭矩2(M2)，M2=16.6 t×6.1 m=101.3 t·m。扭矩1小于扭矩2，表明皮帶抽油機(jī)開采穩(wěn)定，不會發(fā)生傾翻。

4 經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)

在海外X區(qū)塊32口井的開發(fā)初期，日產(chǎn)量最高時(shí)可達(dá)900 m3。其中，有27口井在開發(fā)后期日產(chǎn)量降低到250 m3以下。針對此情況，按照前期使用電潛泵、后期使用皮帶抽油機(jī)的開采模式進(jìn)行評價(jià)。經(jīng)測算，其中24口井采用電潛泵轉(zhuǎn)皮帶抽油機(jī)開采模式，其設(shè)備購置及修井的費(fèi)用低于電潛泵全程開采模式，可節(jié)省的投資金額約為1 980萬元人民幣，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，皮帶抽油機(jī)的設(shè)備購置價(jià)格約100萬元，修井費(fèi)約30萬元次，修井頻率為0.5次(井·年)，而電潛泵設(shè)備及修井費(fèi)共約150萬元次，修井頻率為0.5次(井·年)。

5 結(jié) 語

(1) X區(qū)塊油砂產(chǎn)量較高，采用前期使用電潛泵后期轉(zhuǎn)皮帶抽油機(jī)的方式進(jìn)行開采。為了滿足當(dāng)前全角變化率的要求，選用了最大載荷為14 t、沖程長度為7 m的800型皮帶抽油機(jī)。

(2) 采用前期使用電潛泵后期轉(zhuǎn)用皮帶抽油機(jī)的開采模式，對地面工程設(shè)備的轉(zhuǎn)換影響較小。

(3) 針對該區(qū)塊設(shè)計(jì)的皮帶抽油機(jī)輔助支撐和皮帶導(dǎo)軌，能夠滿足實(shí)際需求，可解決皮帶抽油機(jī)無法應(yīng)用于斜井口的問題。

(4) X區(qū)塊采用電潛泵轉(zhuǎn)皮帶抽油機(jī)開采模式，成本相對較低，可節(jié)省投資金額約為1 980萬元人民幣，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。