抽油機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1、抽油機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢一.國內(nèi)抽油機(jī)研發(fā)現(xiàn)狀油機(jī)是有桿抽油系統(tǒng)中最主要舉升設(shè)備。根據(jù)是否有游梁，可分為游梁式抽油機(jī)和無游梁式抽油機(jī)。經(jīng)過一百多年的實踐和不斷的改進(jìn)創(chuàng)新，抽油機(jī)不管是結(jié)構(gòu)形式還是在使用功能上，都產(chǎn)生了很大的變化。特別是近幾十年來，世界對原油的需求量不斷加大，對油田深度開采的能力有了更進(jìn)一步的要求，在很大程度上加快了抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展的速度，催生出多種類型。目前，國內(nèi)抽油機(jī)制造廠有數(shù)十家，產(chǎn)品類型已多樣化，但游梁式抽油機(jī)仍處于主導(dǎo)地位。根據(jù)公開發(fā)表的資料統(tǒng)計，我國現(xiàn)有6大類共45種新型抽油機(jī)1,并且每年約有30種新型抽油機(jī)專利，十多種新試制抽油機(jī)2,已形成了系列，基本滿足了陸地

2、油田開采的需要。各種新型節(jié)能游梁式抽油機(jī)如雙驢頭式抽油機(jī)、前置式抽油機(jī)、異相曲柄平衡抽油機(jī)、前置式氣平衡抽油機(jī)、下偏杠鈴系列節(jié)能抽油機(jī)3和用窄V形帶傳動的常規(guī)抽油機(jī)等均已在全國各個油田推廣應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。長沖程、低沖次的無游梁式抽油機(jī)的研制也取得了一些進(jìn)展，如由勝利油田研制的無游梁鏈條抽油機(jī)，經(jīng)過國內(nèi)十幾個油田稠油及叢式井的推廣使用4,在低沖次抽油和抽稠油方面已初見成效。此外，桁架結(jié)構(gòu)的滑輪組增距式抽油機(jī)、滾筒式長沖程抽油機(jī)已在某些油田進(jìn)行了工業(yè)試驗5;齒輪增距式長沖程抽油機(jī)的研制工作也取得了新的進(jìn)展；質(zhì)量輕、成本低、便于調(diào)速和調(diào)整沖程的液壓抽油機(jī)經(jīng)過幾年的研制和工業(yè)性試采油，也

3、積累了一定的經(jīng)驗6o其他型式新穎的抽油機(jī)如數(shù)控抽油機(jī)、連續(xù)抽油桿抽油機(jī)、車載抽油機(jī)、磨擦式抽油機(jī)、六連桿游梁式抽油機(jī)和斜直井抽油機(jī)等也正處于不斷改造和試生產(chǎn)過程中7o然而，游梁式抽油機(jī)的缺點是不容易實現(xiàn)長沖程低沖次的要求，因而不能滿足稠油井、深抽井和吉氣井采油作業(yè)的需要。同時，長沖程低沖次的無游梁式抽油機(jī)的性能尚有待完善（如油田正在使用的鏈條式抽油機(jī)還存在鏈條壽命短、換向沖擊載荷大和鋼絲繩易斷、導(dǎo)軌剛.度不足容易變形等問題），而且品種規(guī)格還很少，不能適應(yīng)當(dāng)前石油工業(yè)的發(fā)展網(wǎng)。液壓抽油機(jī)至今仍處在研制階段9二國外抽油機(jī)的研發(fā)現(xiàn)狀目前，世界上生產(chǎn)抽油機(jī)的國家主要有美國、俄羅斯、法國、加拿大和羅馬尼

4、亞等10。為了減少能耗，提高采油經(jīng)濟(jì)效益，近年來國外研制與應(yīng)用了許多節(jié)能型抽油機(jī)。例如異相型抽油機(jī)節(jié)電15%35%;前置式抽油機(jī)節(jié)電368%前置式氣平衡抽油機(jī)節(jié)電35%輪式抽油機(jī)節(jié)電50%80%大圈式抽油機(jī)節(jié)電30%;自動平衡抽油機(jī)節(jié)電30%50%;低矮型抽油機(jī)節(jié)電5%20%;ROTAFLEX抽油機(jī)節(jié)電25%智能抽油機(jī)節(jié)電174%;螺桿泵采油系統(tǒng)節(jié)電40%-50%11o近年來國外很重視改進(jìn)和提高抽油機(jī)的平衡效果，使抽油機(jī)得到更精確平衡。近年來，為了節(jié)約能耗、提高采油經(jīng)濟(jì)效益，國外研制與應(yīng)用了許多節(jié)能型抽油機(jī)，在采油實踐中，取得較好的使用效果。如變平衡力矩抽油機(jī)，可使上沖程平衡力矩大于下沖程力矩

5、。前置式氣平衡抽油機(jī)，由于可在動態(tài)下調(diào)節(jié)氣平衡，平衡效果較好。氣囊平衡抽油機(jī)有90%以上載荷得到平衡12o雙井抽油機(jī)可利用兩口油井抽油桿柱合理設(shè)計得到更精確的平衡。自動平衡抽油機(jī)可保證在上下沖程每一瞬間得到較精確的平衡效果13。近年來國外研制與應(yīng)用了多種類型長沖程抽油機(jī)，其中包括增大沖程游梁抽油機(jī)、增大沖程無游梁抽油機(jī)和長沖程無游梁抽油機(jī)14。1前置式氣平衡抽油機(jī)美國工Jufkin公司生產(chǎn)的A系列前置式氣平衡抽油機(jī)具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，抽油機(jī)重量減輕40%,尺寸縮小35%,動載荷較小，受力均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，節(jié)約電耗35%。2無游梁長沖程抽油機(jī)美國ROTAFLEx寬帶傳動抽油機(jī)實踐表明：抽油機(jī)系

6、統(tǒng)效率為5%,而常規(guī)抽油機(jī)只有40%o提升液體能耗比常規(guī)抽油機(jī)減少25%河使用29.4kw電動機(jī),而同級常規(guī)抽油機(jī)須用只kw電動機(jī)。美國WesternGea:有限公司研制的液壓驅(qū)動無游梁長沖程抽油機(jī)占地面積較小,可節(jié)約電耗10%15%o美國NationalSupply有限公司研制的無游梁長沖程抽油機(jī)節(jié)約電耗10%一20%3智能抽油機(jī)美國NationalSupply有限公司研制的智能抽油機(jī)減速器峰值扭矩減少34.7%,電動機(jī)功率減少17.4%,產(chǎn)量增加19%,抽油機(jī)系統(tǒng)效率平均提高47.8%,投資費用減少20%,成本利用率提高20.7%o天然氣發(fā)動機(jī)驅(qū)動抽油機(jī)美國生產(chǎn)的天然氣發(fā)動機(jī)驅(qū)動抽油機(jī)可比

7、電動機(jī)功率減少30%,動力費用與采油成本均較低。4變平衡力矩抽油機(jī)美國Pionn6r公司研制了變平衡力矩抽油機(jī)，利用抽油機(jī)連桿運(yùn)動以及新增加的連桿擺動機(jī)構(gòu)作用原理，使得上沖程時平衡力矩大于下沖程時的平衡力矩，實現(xiàn)更精確地平衡抽油機(jī)載荷、減少抽油機(jī)電力消耗的目的三國內(nèi)抽油機(jī)的發(fā)展趨勢20世紀(jì)90年代以來，我國東部各主要油田相繼進(jìn)入中高含水開發(fā)期17o為確保高效生產(chǎn)，對抽油機(jī)的要求呈現(xiàn)兩個特點：一是急需采用長沖程抽油機(jī)，以增加油井的產(chǎn)液量；二是為了降低油井的單位生產(chǎn)成本，對抽油機(jī)的節(jié)能性提出了更高的要求18。其次就目前抽油機(jī)耗電量大，工作效率、能量利用率低這一現(xiàn)狀仍是我國抽油機(jī)研究的重點之一，在抽

8、油機(jī)效率和節(jié)能方面，還有很大的提升空間，具有非常誘人的前景19o長沖程抽油機(jī)的研制應(yīng)用能力不足一直是我國抽油機(jī)發(fā)展的瓶頸，長沖程抽油機(jī)具有減小沖程損失、提高系統(tǒng)效率、延長機(jī)桿泵的使用壽命、減少故障及提高整機(jī)運(yùn)行質(zhì)量等優(yōu)點20o因此，發(fā)展長沖程抽油機(jī)對當(dāng)前我國老油田高含水井后期開采，減緩產(chǎn)量遞減速度，開采稠油、低滲透油田以及沙漠油田深井及超深井的機(jī)械開采，都具有重要的現(xiàn)實意義21o游梁式抽油機(jī)的局限性十分突出，多方面事實說明，長沖程、低沖次、低功耗的無游梁式抽油機(jī)是今后抽油機(jī)發(fā)展的主要方向22o為適應(yīng)油田采油需要，在適當(dāng)發(fā)展游梁式長沖程抽油機(jī)的同時，應(yīng)加速開發(fā)各類無游梁式長沖程抽油機(jī)23o開發(fā)無

9、游梁曲柄搖桿輪式斜井抽油機(jī)和大型斜直井抽油機(jī)將對我國油氣資源開采有重要意義24o根據(jù)我國實際情況，發(fā)展無游梁大沖程、低能耗、具有高適應(yīng)性的直井抽油機(jī)和斜井抽油機(jī)，將是我國今后抽油機(jī)發(fā)展的主要方向25o近年來，變頻技術(shù)在抽油機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。利用變頻控制系統(tǒng)實時調(diào)整工作參數(shù)，提高電機(jī)功率因數(shù)，減小供電電流，還可以實現(xiàn)電機(jī)的軟起動，減小沖擊，并可根據(jù)油井供液能力實時調(diào)整沖次頻率，實現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能效果26；另外，研究開發(fā)機(jī)電一體化抽油裝置，根據(jù)抽油機(jī)井特性實時控制和改變抽油狀態(tài)，實現(xiàn)高效智能化采油27o如美國NSCO公司智能抽油機(jī)，采用微處理器和自適應(yīng)電子控制器進(jìn)行控制與監(jiān)測，具有功能多、抽油效率高、

10、自動化程度高、經(jīng)濟(jì)性好、安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點28o研發(fā)大型、高適應(yīng)性的叢式井抽油機(jī)，隨著世界油氣資源的不斷開發(fā)，油層開采深度逐年加大，油田含水量的增多，大泵提液采油工藝和稠油開采等都要求采用大型抽油機(jī)29o現(xiàn)代大型抽油機(jī)應(yīng)具備有高適應(yīng)性，以適應(yīng)多種惡劣環(huán)境和地層油層的變化，如開發(fā)一種機(jī)型能適應(yīng)不同自然氣候與地貌環(huán)境的差異、地層油層的遷移改變、沖程沖次的改變、油氣層性狀的改變、連續(xù)與間歇抽油的調(diào)整等30。另外，由于現(xiàn)代大型抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制的復(fù)雜性，體積的龐大，其工作面積也相應(yīng)增大，同一抽油機(jī)可以對多口相鄰油井同時抽油作業(yè)，采用綜合平衡方式和節(jié)能方式，達(dá)到最好的作業(yè)效果31四國外抽油機(jī)的發(fā)展

11、趨勢如前所述，世界范圍內(nèi)抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向著多樣化、超大載荷、長沖程、節(jié)能型、無游梁式和自動化、智能化方向發(fā)展32。1.朝著大型化方向發(fā)展隨著世界油氣資源的不斷開發(fā)，開采油層深度逐年增加，石油含水量也在不斷增多，采用大泵提液采油工藝和開采稠油等，都要求采用大型抽油機(jī)，所以近年來，國外出現(xiàn)了許多大載荷抽油機(jī)，如前置式氣平衡抽油機(jī)最大載荷213kN,氣囊平衡抽油機(jī)最大載荷227kN等33。還會出現(xiàn)更大載荷新型抽油機(jī)34o采用長沖程抽油方式，抽油效率高，抽油機(jī)壽命長，動載荷小，排量穩(wěn)定，具有較好的采油經(jīng)濟(jì)效益，所以近年來國外出現(xiàn)了許多長沖程抽油機(jī)，如法國Mape公司抽油機(jī)，最大沖程10m35

12、；美國WGCO公司抽油機(jī)最大沖程24.38m,NSCO公司抽油機(jī)最大沖程27.48m;原蘇聯(lián)鋼帶式超長沖程抽油機(jī)最大沖程1500mo長沖程抽油機(jī)全部采用低沖次抽油方式，Mape公司抽油機(jī)最大沖次5min,GDCO公司抽油機(jī)最大沖次為3min36。2.朝著低能耗方向發(fā)展為了減少能耗,提高采油經(jīng)濟(jì)效益,近年來國外研制與應(yīng)用了許多節(jié)能型抽油機(jī)。例如異相型抽油機(jī)節(jié)電15%35%;前置式抽油機(jī)節(jié)電36.8%;前置式氣平衡抽油機(jī)節(jié)電35%;輪式抽油機(jī)節(jié)電50%80%;大圈式抽油機(jī)節(jié)電30%;自動平衡抽油機(jī)節(jié)電30%50%;低矮型抽油機(jī)節(jié)電5%-20%;ROTAFLEX由油機(jī)節(jié)電25%;智能抽油機(jī)節(jié)電17.

13、4%;螺桿泵采油系統(tǒng)節(jié)電40%-50%3703.朝著精確平衡方向發(fā)展近年來國外很重視改進(jìn)和提高抽油機(jī)的平衡效果，使抽油機(jī)得到更精確平衡。例如變平衡力矩抽油機(jī)，可使上沖程平衡力矩大于下沖程力矩。前置式氣平衡抽油機(jī)，由于可在動態(tài)下調(diào)節(jié)氣平衡，平衡效果較好。氣囊平衡抽油機(jī)有90%以上載荷得到平衡。雙井抽油機(jī)可利用兩口油井抽油桿柱合理設(shè)計得到更精確的平衡。自動平衡抽油機(jī)可保證在上下沖程每一瞬間得到較精確的平衡效果38o4.朝著高適應(yīng)性方向發(fā)展現(xiàn)代抽油機(jī)應(yīng)具有較高的適應(yīng)性，以便拓寬使用范圍39o例如適應(yīng)各種自然地理和地質(zhì)構(gòu)造條件抽油的需要;適應(yīng)各種成分石油抽汲的需要；適應(yīng)各種類型油井抽汲的需要；適應(yīng)深井

14、抽油需要；適應(yīng)長沖程抽油的需要；適應(yīng)節(jié)電的需要;適應(yīng)精確平衡的需要;適應(yīng)無電源和間歇抽油的需要;適應(yīng)優(yōu)化抽油的需要等40o5.朝著長沖程無游梁方向發(fā)展近年來國外研制與應(yīng)用了多種類型長沖程抽油機(jī),其中包括增大沖程游梁抽油機(jī)、增大沖程無游梁抽油機(jī)和長沖程無游梁抽油機(jī)41;實踐與理論分析表明，增大沖程游梁抽油機(jī)是常規(guī)游梁抽油機(jī)的發(fā)展方向；增大沖程無游梁抽油機(jī)是增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向；長沖程無游梁抽油機(jī)是長沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向42。6.朝著自動化和智能化方向發(fā)展近年來抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展的顯著標(biāo)志是自動化和智能化。美國Baker提升系統(tǒng)公司、Delta-X公司、APS公司等均研制了自動化抽油機(jī)，具有保護(hù)和報警功能,