油氣井開發(fā)裝備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1、油氣井開發(fā)裝備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,第一講,有桿裝備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢,主 講 內(nèi) 容,一.國外有桿抽油設(shè)備技術(shù)進展 二.國內(nèi)有桿采油設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀 三.國內(nèi)外有桿采油技術(shù)發(fā)展趨勢,一、國外有桿抽油設(shè)備技術(shù)進展,1.1 抽油機,1.1 抽油機,國外抽油機總的發(fā)展方向是： 超大載荷、長沖程、低沖次； 自動化、智能化； 高效節(jié)能； 高適應(yīng)性； 無游梁長沖程、大型化。 游梁式抽油機經(jīng)過多年的發(fā)展，產(chǎn)品的系列化、標準化和通用化程度日益提高；各種節(jié)能機型得到了普遍推廣；抽油機自動化控制系統(tǒng)也被廣泛使用；多種型式的無游梁長沖程抽油機的發(fā)展已日趨完善。,1.2 抽油桿,為了滿足大泵強采、小泵深抽、稠油井、高含蠟

2、井、腐蝕井和斜井采油的需要，國外研制了許多特種抽油桿，如: 超高強度抽油桿、玻璃鋼抽油桿、空心抽油桿、 電熱抽油桿、KD級抽油桿、連續(xù)抽油桿、金屬 塑料復(fù)合噴涂防腐抽油桿、柔性抽油桿和鋁合 金抽油桿等。 進一步提高了抽油桿的使用壽命和應(yīng)用范圍。,1.2 抽油桿舉例, Amoco公司利用碳纖維合成技術(shù)研究而成的抽油桿，可以作為連續(xù)的合成帶狀抽油桿取代常規(guī)柱狀抽油桿，以提高標準游梁式舉升系統(tǒng)的工作性能。,1.2 抽油桿舉例,加拿大Corod公司研究開發(fā)的橢圓截面型連續(xù)抽油桿，已經(jīng)在許多國家15000 多口井中使用，最大下泵深度已達3500m，均取得了較好的使用效果，Corod 抽油桿與油管相對磨損

3、較少，抽油桿應(yīng)力減少23%，光桿最大載荷減少12.6%，消耗功率減少14.3%，特別適用于深井、斜井和叢式井開采石油及小直徑油管抽油。,1.2 抽油桿舉例, 美國Axelson公司生產(chǎn)的S-80型超高強度抽油桿，由于抗疲勞強度高，消耗功率減少30%-50%。 美國Maga公司生產(chǎn)的鋁合金抽油桿，耐腐蝕能力很強，質(zhì)量較輕，操作方便，消耗功率減少30%-50%，是一種很有發(fā)展前途的抽油桿。,1.2 抽油桿舉例,俄羅斯杜馬茲石油股份公司2000年在1317油井和1520油井安裝了2套玻璃鋼抽油桿。玻璃鋼抽油桿的優(yōu)良性能表現(xiàn)為兼有相當大的強度和很大的彈性，其質(zhì)量大大低于鋼質(zhì)抽油桿。這樣在不改變設(shè)備類型

4、的情況下，可以使用提高泵排量的大直徑柱塞泵。(但存在致命的缺點:不宜修復(fù)),1.3 抽油泵,有桿抽油泵由于結(jié)構(gòu)簡單、工藝成熟、操作簡便、維修容易，仍然是美國和俄羅斯等國的主要機械采油設(shè)備。國外抽油泵發(fā)展的特點是： 抽油泵向適應(yīng)出砂、高油氣比、稠油、腐蝕、井斜等特殊井況，滿足深抽和強采需要以及高效、長壽命方向發(fā)展。 形成了范圍較廣的尺寸系列，能適應(yīng)油井不同井深及采液量的需要。,1.3 抽油泵,目前國外長沖程泵及相應(yīng)的抽油機發(fā)展很快。 抽油泵的泵筒與柱塞副和閥件的耐久性的提高增加了使用壽命。,1.3 抽油泵,1.3.1抽稠泵 目前美國已有長度為5.5m、6.1m、7.6m、10.37m、12.2m

5、、15.24m的長沖程抽稠油泵。俄羅斯已將沖程為6m的稠油泵列為國家標準，并研制出長泵筒和長柱塞結(jié)構(gòu)的HTKCB6048型稠油泵，最大排量為234m3d。,1.3 抽油泵,1.3.2超長沖程抽油泵 美國Axelson公司研制出了直徑為44.45mm、沖程為24.38m的桿式抽油泵。 前蘇聯(lián)試制了沖程達上百米的特種有桿泵，與鋼帶式超長沖程抽油裝置配用。,1.3 抽油泵,1.3.3防氣鎖泵 美國HarbisonFischer公司開發(fā)成功了一種可在氣鎖情況下使用的新型有桿泵。采用它有助于消除氣鎖，縮小桿柱應(yīng)力范圍，消除泵的氣液沖擊，減輕了桿管摩擦。,1.3 抽油泵,此外，加拿大的HarbisonFi

6、scher有限公司生產(chǎn)出了一種高排量、高壓縮能力凡爾罩的有桿泵，其液體通過能力比現(xiàn)有凡爾罩高一倍，并能對液體傳遞螺旋運動，從而延長凡爾球的使用壽命； 美國Nilcra陶瓷公司研制了PSZ陶瓷抽油泵閥。經(jīng)過60多口油井實驗，結(jié)果表明： 平均檢泵周期延長4.4倍，每口油井修理費用減少13640美元，具有很好的經(jīng)濟效益。,1.3 抽油泵,1.3.4多功能抽油泵 Texaco公司設(shè)計的井下往復(fù)泵，置于油水分界面上，在上沖程時提升油，在下沖程時注入水。（即一種同井采注裝置）,1.3 抽油泵,1.3.5螺桿泵 隨著各國稠袖、含砂、含氣井的數(shù)量越來越多，為滿足油田開采工藝的需要，近二十年來，各國有關(guān)制造廠和

7、公司相繼推出了井下單螺桿抽油泵系列產(chǎn)品，主要以地面驅(qū)動、抽油桿傳動為主；近幾年來又相繼推出了地驅(qū)的井下雙螺桿泵采油裝置。,1.3 抽油泵,單、雙螺桿泵開采技術(shù)的發(fā)展趨勢包括研究開發(fā)新的嚙合型線以提高單、雙螺桿泵的輸送特性；設(shè)計開發(fā)新型減速器、同步齒輪傳動器和高強度、長壽命陶瓷軸承以提高井下機組的可靠性；改進螺桿泵的選擇性以增強其適應(yīng)性；改進螺桿泵的綜合性能提高其運行和節(jié)能效率，延長螺桿泵的使用壽命等。,1.4國外在有桿采油方面的配套技術(shù),1.4.1有桿泵抽油系統(tǒng)效率評價 美國休斯頓Case Services公司2001年研制成功評價有桿泵抽油系統(tǒng)效率的csBeam軟件系統(tǒng)。利用這套系統(tǒng)可進行井

8、下動態(tài)分析、可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)設(shè)計新型抽油系統(tǒng)、優(yōu)化抽油機的平衡、監(jiān)控油井的動態(tài)變化，以確保每口井以最高產(chǎn)量生產(chǎn)。,1.4國外在有桿采油方面的配套技術(shù),1.4.2有桿泵控制器 Lufkin自動化公司在2005年第二季度將氣體密閉輸送技術(shù)引入SAM Well Manager有桿泵控制器。應(yīng)用這一新型的聯(lián)合技術(shù)，可以解決一直以來存在的維持產(chǎn)量的同時降低成本這一技術(shù)難題。,1.4國外在有桿采油方面的配套技術(shù),1.4.3抽油井動態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng) 此系統(tǒng)是建立在便攜式計算機及綜合數(shù)據(jù)采集程序包基礎(chǔ)上研制出來的。它可以作為定期優(yōu)化油井動態(tài)的一種診斷工具。,1.4國外在有桿采油方面的配套技術(shù),1.4.4油井抽空控

9、制 Madison工程公司生產(chǎn)的一種抽空控制器，能利用數(shù)字信號處理技術(shù)優(yōu)化油井抽汲工作，不需要測示功圖而只測定交流電壓及電機的電流就能判斷油井抽空情況，并能存儲一個月的相關(guān)信息，其配套的控制程序能自動調(diào)節(jié)停抽時間間隔以優(yōu)化油井的產(chǎn)量。,二、國內(nèi)有桿采油設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀,為了適應(yīng)不同類型油藏的開發(fā)需要，國內(nèi)在機械采油領(lǐng)域研究與應(yīng)用了系列新技術(shù)。,2.1抽油機,研究開發(fā)了各種類型的抽油機，提高了抽油機的適應(yīng)性。 為了適應(yīng)各種油藏條件，如含砂、含氣、含蠟、稠油、及低滲透油田采油的需要，研制與應(yīng)用了液壓抽油機、長沖程無游梁抽油機、螺桿泵采油系統(tǒng)等； 為了適應(yīng)斜井、叢式井采油的需要，研制與應(yīng)用了斜井、叢式井

10、抽油機； 為了適應(yīng)高含水油井采用大泵提液時不停機進行環(huán)空測試的需要，研制與應(yīng)用了長沖程抽油機； 為了解決常規(guī)抽油機耗電量大的問題，研制與應(yīng)用了多種新型節(jié)能抽油機，提高了抽油效率，降低了采油成本。,抽油機分類,常規(guī)式抽油機結(jié)構(gòu)簡圖,2.1.1 游梁式抽油機,1.整體結(jié)構(gòu),（一）常規(guī)式抽油機,2.動力及運動傳遞,（二）游梁式抽油機的技術(shù)改造,出發(fā)點： 繼承常規(guī)游梁式抽油機的優(yōu)點，克服某些缺點，從而改善游梁式抽油機的性能。 局限性： 由于是游梁式抽油機的技術(shù)改造，故受游梁的限制，改進幅度和性能的提高受限。,1. 前置式游梁抽油機,1）整體結(jié)構(gòu),前置式氣動平衡抽油機結(jié)構(gòu)簡圖,1剎車機構(gòu)；2電動機；3支

11、架；4游梁；5驢頭；6平衡氣缸 7連桿；8曲柄；9減速箱；10底座；11橫梁；12懸繩器,11,12,結(jié)構(gòu)特點 （1）橫梁與支架中心互換，即橫梁前移； （2）采用氣動平衡方式。 性能特點 （1）改善了其運動性能，使上沖程慢、下沖程快，減少了動載； （2）驢頭懸點承載能力得到增強，減速箱曲柄軸受扭矩更趨均勻，壽命延長； （3）節(jié)能，比常規(guī)抽油機節(jié)電10%30%,2)與常規(guī)式相比所具有的特點,2. 異相曲柄游梁式抽油機,1)整體結(jié)構(gòu),1剎車機構(gòu)；2電動機及小皮帶輪；3大皮帶輪；4減速箱；5異相曲柄；6平衡塊；7機架；8平衡塊安裝曲柄；9連桿；10游梁；11驢頭；12懸繩器；13底座,異相曲柄型游梁

12、式抽油機結(jié)構(gòu)簡圖,2)曲柄結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點 （1）曲柄平衡重偏置（曲柄銷孔中心線與曲柄平衡塊中心線不重合，平衡塊中心線逆轉(zhuǎn)動方向后置一個銳角，一般815度）； （2）游梁處于水平位置時，平衡塊曲柄也基本處于水平；連桿與兩者近似垂直；游梁和橫梁相對于曲柄旋轉(zhuǎn)中心前移了一定距離（L-h）。 性能特點 （1）改善了其運動性能，使上沖程慢、下沖程快，減少了動載； （2）使減速箱曲柄軸上的扭矩變化幅度減小，改善了減速箱的工況，在相同工況下，比常規(guī)抽油機減速箱輸出扭矩減少40%60%； （3）節(jié)能降耗，比常規(guī)抽油機節(jié)電10%20%。,3)結(jié)構(gòu)與性能特點,3. 雙驢頭游梁式抽油機,結(jié)構(gòu)特點 它去掉了常規(guī)游梁式

13、抽油機橫梁尾軸，依靠一個后驢頭裝置通過驅(qū)動鋼絲繩使橫梁與連桿相連接。 性能特點 （1）上沖程慢、下沖程快，減少了動載，工作穩(wěn)定，易啟動； （2）沖程長，節(jié)能好，比常規(guī)抽油機節(jié)電10%20%； （3）缺點是驅(qū)動繩辮子易磨損。,雙驢頭式抽油機的特點,4. 矮型異相曲柄游梁抽油機,結(jié)構(gòu)特點 （1）它以一個異形驢頭取代了游梁的功能； （2）四連桿機構(gòu)非對稱循環(huán) ； （3）異相曲柄，曲柄平衡塊偏置； （4）整機高度低、重量輕、成本低。 性能特點 （1）上沖程慢、下沖程快，減少了動載，工作穩(wěn)定，易啟動； （2）節(jié)能降耗，比常規(guī)抽油機節(jié)電15%左右； （3）缺點是驅(qū)動繩辮子易磨損，不適合稠油井開采。,矮型異

14、相曲柄抽油機的特點,它實際上是結(jié)合了異相曲柄與雙驢頭抽油機兩者的優(yōu)點,5. 下偏杠鈴式游梁抽油機,1.在游梁尾部增設(shè)一個向下偏置的杠鈴平衡重 2.結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠； 3.繼承了常規(guī)抽油機的全部優(yōu)點，且平衡效果好； 4.適應(yīng)于對常規(guī)抽油機進行節(jié)能升級改造； 5.綜合節(jié)能較常規(guī)機高30以上。,下偏杠鈴式游梁抽油機的特點,（一）鏈條式抽油機,1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成,2.1.2 無游梁式抽油機,沖程長、沖數(shù)低、適用于深井和稠油開采 動載荷小、平衡程度好 節(jié)電、系統(tǒng)效率高 節(jié)約鋼材,2. 鏈條式抽油機的特點,3. 鏈條式抽油機的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)形式,國產(chǎn)鏈條式抽油機結(jié)構(gòu)示意圖,（1）國產(chǎn)鏈條式抽油機結(jié)構(gòu)及特點:,

15、國產(chǎn)鏈條式抽油機現(xiàn)場照片,（2）國產(chǎn)鏈條式抽油機工作照片,（3）國產(chǎn)鏈條式帶機械平衡的抽油機工作照片,（二）皮帶鏈條式抽油機,1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成,2. 皮帶-鏈條式抽油機實物照片,3. 內(nèi)部換向機構(gòu)三維示意圖,沖程長、沖數(shù)低、適用于深井和稠油開采 動載荷小、平衡效果好，運行平穩(wěn)、噪音小 節(jié)電、系統(tǒng)效率高 節(jié)約鋼材 整體效果優(yōu)于鏈條式抽油機,4. 皮帶鏈條式抽油機的特點,江漢石油機械有限公司利用直線電機技術(shù)創(chuàng)新研制成功的一種新型無游梁式抽油機ZX-CY系列直線電機抽油機。 結(jié)構(gòu)特點：該機以直線電機作為動力，不需任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)或傳動裝置，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動的機械能，實現(xiàn)抽油機的抽油功能，從

16、而徹底改變了常規(guī)抽油機必須將旋轉(zhuǎn)電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成抽油桿往復(fù)運動的機理。 適用范圍：適用于各種類型油藏油井的舉升，特別是超深井、大排量抽油井、間抽井、稠油油井、海上平臺油井、斜直井等。,（三）直線電機式抽油機,工作原理： 直線電機的原理并不復(fù)雜，設(shè)想把一臺旋轉(zhuǎn)運動的感應(yīng)電動機沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就成了一臺直線感應(yīng)電動機。 在直線電機中，相當 于旋轉(zhuǎn)電機定子的，叫初級；相當于旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子的，叫次級。初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動。這時初級要做得很長，延伸到運動 所需要達到的位置，而次級則不需要那么長。 實際上，直線電機既可以把初級做得很長，也可以把次級做

17、得很長；既可以初級固定、次級移動，也可以次級固定、初 級移動。,1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成,承載與轉(zhuǎn)向系統(tǒng) ：天輪，翻轉(zhuǎn)輪和桁架。,直線電機 ：電機定子（表面粘貼永磁體的鋼板）、電 機動子（雙邊初級線圈）、動子導(dǎo)向輪和以鋼軌為 材料的導(dǎo)軌。,抽油機驅(qū)動與控制系統(tǒng)：包括專用變頻器、控制面板和 控制保護裝置。,平衡及其它輔助系統(tǒng)：動子背部的平衡箱、拖動抽油 桿的扁鋼絲繩、懸繩器、防撞器、無觸點限位器 和電磁剎車等。,2. 直線電機抽油機物理樣機,初級線圈（動子）,翻轉(zhuǎn)輪,頂部導(dǎo)向輪,動子導(dǎo)軌,扁鋼絲繩,懸繩器,采油樹,動子導(dǎo)向輪,平衡箱,桁架,底座,主板 （電機定子）,扁鋼絲繩,光桿,3. 直線電機抽油機的

18、特點,1、機械效率高：常規(guī)游梁抽油機機械效率72%；直線電機抽油機僅經(jīng)過扁鋼絲直接拖動抽油桿，轉(zhuǎn)換效率94%以上。,2、體積小，重量輕：簡單的結(jié)構(gòu)，緊奏的設(shè)計，使得直線電機抽油機與常規(guī)抽油機相比重量降低50%左右，節(jié)省了大量鋼材，且占地面積小。,3、噪音低。直線電機抽油機取消了復(fù)雜的能量傳遞環(huán)節(jié)，能量傳遞更加合理，降低了抽油機運行產(chǎn)生的噪音，使得直線電機抽油機運行聲音低于63分貝。,4、性能可靠、安全耐用。整機為以直線電機為主的機電一體化抽油機，運轉(zhuǎn)部件少，提高了抽油機運行的可靠性能和安全性能。,5、在線可調(diào)的“上快下慢”、“上慢下快”、上下同速和換向停滯間抽運行模式，為抽油智能化管理與應(yīng)用提

19、供了完美的操作平臺。,6、懸點載荷小，平衡效果好，啟動電流小，節(jié)能效果明顯。,7、目前突出缺點是一次性投資成本高,4. 帶外部配重平衡的直線電機抽油機,(四)智能換向式抽油機,1.勝機智能換向抽油機實物照片,智能換向抽油機是機電一體化、高效節(jié)能產(chǎn)品，采用無能耗換向技術(shù)，比常規(guī)游梁式抽油機機械效率提高40%左右，節(jié)約能耗30%以上。 采用智能模擬及數(shù)字混合控制，可根據(jù)載荷狀況，自動調(diào)整沖次，實現(xiàn)與各種油井工況參數(shù)經(jīng)濟、合理的匹配，具有較高的適應(yīng)性。 采用對稱平衡方式，平衡精確，抽油機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小，減少額外動力消耗，無級調(diào)參、簡單易行，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控，經(jīng)濟效果顯著。,2. 智能換向抽油機的特點

20、,2.2 抽油桿,深抽、稠油、高含蠟、腐蝕、斜井和水平井等特殊油井對抽油桿的性能、抽油桿柱的設(shè)計組合要求不同，促進了國內(nèi)抽油桿技術(shù)的發(fā)展。 超高強度抽油桿、電熱抽油桿、空心抽油桿、玻璃鋼抽油桿、柔性連續(xù)抽油桿先后得到應(yīng)用推廣，其中空心抽油桿和電熱抽油桿在國內(nèi)十多個油田應(yīng)用，效果較好，取得了明顯的經(jīng)濟效益，并出口俄羅斯、土庫曼斯坦、烏茲別克斯坦和墨西哥等。,2.2 抽油桿舉例,寧夏恒力鋼絲繩股份公司研制開發(fā)的柔性抽油桿，先后在青海、遼河、大港、中原、大慶等油田進行了試驗。 從現(xiàn)場試驗應(yīng)用結(jié)果看，泵效提高10%以上，有較好的增油效果；能在一定程度緩解偏磨，降低了抽油機懸點最大載荷，因桿斷因素導(dǎo)致的檢泵周期得到了延長；有效減少油井停井時間，大大縮短了作業(yè)時間；在直井大泵提液、小泵深抽井中使用效果更加明顯。 青海油田鉆采工藝研究院在青海油田首先推廣應(yīng)用了柔性連續(xù)抽油桿工藝技術(shù)。目前國內(nèi)各油田得到了推廣應(yīng)用。,2.3 抽油泵,研制應(yīng)用了整筒管式泵，引進了美國LTV公司整筒泵生產(chǎn)線。 稠油泵、防砂泵、環(huán)形閥防砂泵、動筒式防砂泵基本形成系列，防氣泵、分抽泵、深抽過橋泵、串聯(lián)泵、長沖程泵也有很大發(fā)展。,2.3 抽油泵舉例,勝利油田根據(jù)需要研制開發(fā)了多種抽稠泵、管式防砂泵、防腐耐磨泵、帶余隙調(diào)零功能的閥式防氣泵和排氣抽油泵、分層開采用的串聯(lián)泵和分抽混出泵、大排量雙作用和三作用泵，以及油