(完整版)抽油機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1、抽油機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢一國內(nèi)抽油機研發(fā)現(xiàn)狀油機是有桿抽油系統(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和無游梁式抽油機。經(jīng)過一百多年的實踐和不斷的改進創(chuàng)新，抽油機不管是結(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一步的要求，在很大程度上加快了抽油機技術(shù)發(fā)展的速度，催生出多種類型。目前,國內(nèi)抽油機制造廠有數(shù)十家,產(chǎn)品類型已多樣化,但游梁式抽油機仍處于主導地位。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1,并且每年約有30種新型抽油機專利,十多種新試制抽油機2,已形成了系列,基本滿足了陸地油

2、田開采的需要。各種新型節(jié)能游梁式抽油機如雙驢頭式抽油機、前置式抽油機、異相曲柄平衡抽油機、前置式氣平衡抽油機、下偏杠鈴系列節(jié)能抽油機3和用窄V形帶傳動的常規(guī)抽油機等均已在全國各個油田推廣應(yīng)用,并取得了顯著的經(jīng)濟效益。長沖程、低沖次的無游梁式抽油機的研制也取得了一些進展,如由勝利油田研制的無游梁鏈條抽油機,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、滾筒式長沖程抽油機已在某些油田進行了工業(yè)試驗5;齒輪增距式長沖程抽油機的研制工作也取得了新的進展;質(zhì)量輕、成本低、便于調(diào)速和調(diào)整沖程的液壓抽油機經(jīng)過幾年的研制和工業(yè)性試采油,也積

3、累了一定的經(jīng)驗6。其他型式新穎的抽油機如數(shù)控抽油機、連續(xù)抽油桿抽油機、車載抽油機、磨擦式抽油機、六連桿游梁式抽油機和斜直井抽油機等也正處于不斷改造和試生產(chǎn)過程中7。然而，游梁式抽油機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的性能尚有待完善（如油田正在使用的鏈條式抽油機還存在鏈條壽命短換向沖擊載荷大和鋼絲繩易斷、導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)當前石油工業(yè)的發(fā)展8。液壓抽油機至今仍處在研制階段9二國外抽油機的研發(fā)現(xiàn)狀目前，世界上生產(chǎn)抽油機的國家主要有美國、俄羅斯、法國、加拿大和羅馬尼亞等1

4、0。為了減少能耗,提高采油經(jīng)濟效益,近年來國外研制與應(yīng)用了許多節(jié)能型抽油機。例如異相型抽油機節(jié)電15%35%;前置式抽油機節(jié)電368%前置式氣平衡抽油機節(jié)電35%輪式抽油機節(jié)電50%80%大圈式抽油機節(jié)電30%;自動平衡抽油機節(jié)電30%50%;低矮型抽油機節(jié)電5%20%;ROTAFLEX抽油機節(jié)電25%智能抽油機節(jié)電174%;螺桿泵采油系統(tǒng)節(jié)電40%50%11。近年來國外很重視改進和提高抽油機的平衡效果,使抽油機得到更精確平衡。近年來,為了節(jié)約能耗、提高采油經(jīng)濟效益,國外研制與應(yīng)用了許多節(jié)能型抽油機,在采油實踐中,取得較好的使用效果。如變平衡力矩抽油機,可使上沖程平衡力矩大于下沖程力矩。前置式

5、氣平衡抽油機,由于可在動態(tài)下調(diào)節(jié)氣平衡,平衡效果較好。氣囊平衡抽油機有90%以上載荷得到平衡12。雙井抽油機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,其中包括增大沖程游梁抽油機、增大沖程無游梁抽油機和長沖程無游梁抽油機14。1前置式氣平衡抽油機美國工Jufkin公司生產(chǎn)的A系列前置式氣平衡抽油機具有較好的技術(shù)經(jīng)濟指標,抽油機重量減輕40%,尺寸縮小35%,動載荷較小，受力均勻，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，節(jié)約電耗35%。2無游梁長沖程抽油機美國ROTAFLEx寬帶傳動抽油機實踐表明:抽油機系統(tǒng)效率為

6、5%,而常規(guī)抽油機只有40%。提升液體能耗比常規(guī)抽油機減少25%,可使用29.4kw電動機，而同級常規(guī)抽油機須用只kw電動機。美國WesternGea:有限公司研制的液壓驅(qū)動無游梁長沖程抽油機占地面積較小,可節(jié)約電耗10%一15%。美國NationalSupply有限公司研制的無游梁長沖程抽油機節(jié)約電耗10%一20%3智能抽油機美國Nationalsupply有限公司研制的智能抽油機減速器峰值扭矩減少34.7%,電動機功率減少17.4%,產(chǎn)量增加19%,抽油機系統(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%。天然氣發(fā)動機驅(qū)動抽油機美國生產(chǎn)的天然氣發(fā)動機驅(qū)動抽油機可比電動

7、機功率減少30%,動力費用與采油成本均較低。4變平衡力矩抽油機美國Pionner公司研制了變平衡力矩抽油機,利用抽油機連桿運動以及新增加的連桿擺動機構(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載荷、減少抽油機電力消耗的目的三國內(nèi)抽油機的發(fā)展趨勢20世紀9O年代以來，我國東部各主要油田相繼進入中高含水開發(fā)期17。為確保高效生產(chǎn)，對抽油機的要求呈現(xiàn)兩個特點：一是急需采用長沖程抽油機，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，對抽油機的節(jié)能性提出了更高的要求18。其次就目前抽油機耗電量大，工作效率、能量利用率低這一現(xiàn)狀仍是我國抽油機研究的重點之一，在抽油機

8、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19。長沖程抽油機的研制應(yīng)用能力不足一直是我國抽油機發(fā)展的瓶頸，長沖程抽油機具有減小沖程損失、提高系統(tǒng)效率、延長機桿泵的使用壽命、減少故障及提高整機運行質(zhì)量等優(yōu)點20。因此,發(fā)展長沖程抽油機對當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械開采,都具有重要的現(xiàn)實意義21。游梁式抽油機的局限性十分突出，多方面事實說明，長沖程、低沖次、低功耗的無游梁式抽油機是今后抽油機發(fā)展的主要方向22。為適應(yīng)油田采油需要,在適當發(fā)展游梁式長沖程抽油機的同時,應(yīng)加速開發(fā)各類無游梁式長沖程抽油機23。開發(fā)無游梁

9、曲柄搖桿輪式斜井抽油機和大型斜直井抽油機將對我國油氣資源開采有重要意義24。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)性的直井抽油機和斜井抽油機,將是我國今后抽油機發(fā)展的主要方向25。近年來，變頻技術(shù)在抽油機上得到了廣泛應(yīng)用。利用變頻控制系統(tǒng)實時調(diào)整工作參數(shù)，提高電機功率因數(shù)，減小供電電流，還可以實現(xiàn)電機的軟起動，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)機電一體化抽油裝置，根據(jù)抽油機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27。如美國NSCO公司智能抽油機，采用微處理器和自適應(yīng)電子控制器進行控制與監(jiān)測，具有功能多、抽油效率高、自動

10、化程度高、經(jīng)濟性好、安全可靠、適應(yīng)性強等優(yōu)點28。研發(fā)大型、高適應(yīng)性的叢式井抽油機，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29?，F(xiàn)代大型抽油機應(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)代大型抽油機的結(jié)構(gòu)和控制的復雜性，體積的龐大，其工作面積也相應(yīng)增大，同一抽油機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，達到最好的作業(yè)效果31四國外抽油機的發(fā)展趨勢

11、如前所述,世界范圍內(nèi)抽油機技術(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，所以近年來，國外出現(xiàn)了許多大載荷抽油機，如前置式氣平衡抽油機最大載荷213kN,氣囊平衡抽油機最大載荷227kN等33。還會出現(xiàn)更大載荷新型抽油機34。采用長沖程抽油方式，抽油效率高，抽油機壽命長，動載荷小，排量穩(wěn)定，具有較好的采油經(jīng)濟效益，所以近年來國外出現(xiàn)了許多長沖程抽油機,如法國Mape公司抽油機，最大沖程10m35；美

12、國WGCO公司抽油機最大沖程24.38m,NSCO公司抽油機最大沖程27.48m；原蘇聯(lián)鋼帶式超長沖程抽油機最大沖程1500m。長沖程抽油機全部采用低沖次抽油方式，Mape公司抽油機最大沖次5min，GDCO公司抽油機最大沖次為3min36。2.朝著低能耗方向發(fā)展為了減少能耗，提高采油經(jīng)濟效益，近年來國外研制與應(yīng)用了許多節(jié)能型抽油機。例如異相型抽油機節(jié)電15%35%；前置式抽油機節(jié)電36.8%；前置式氣平衡抽油機節(jié)電35%；輪式抽油機節(jié)電50%80%；大圈式抽油機節(jié)電30%；自動平衡抽油機節(jié)電30%50%；低矮型抽油機節(jié)電5%20%；ROTAFLEX抽油機節(jié)電25%；智能抽油機節(jié)電17.4%；

13、螺桿泵采油系統(tǒng)節(jié)電40%50%37。3.朝著精確平衡方向發(fā)展近年來國外很重視改進和提高抽油機的平衡效果，使抽油機得到更精確平衡。例如變平衡力矩抽油機，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，由于可在動態(tài)下調(diào)節(jié)氣平衡，平衡效果較好。氣囊平衡抽油機有90%以上載荷得到平衡。雙井抽油機可利用兩口油井抽油桿柱合理設(shè)計得到更精確的平衡。自動平衡抽油機可保證在上下沖程每一瞬間得到較精確的平衡效果38。4.朝著高適應(yīng)性方向發(fā)展現(xiàn)代抽油機應(yīng)具有較高的適應(yīng)性，以便拓寬使用范圍39。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)深井抽油需要

14、；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40。5.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，其中包括增大沖程游梁抽油機、增大沖程無游梁抽油機和長沖程無游梁抽油機41；實踐與理論分析表明，增大沖程游梁抽油機是常規(guī)游梁抽油機的發(fā)展方向；增大沖程無游梁抽油機是增大沖程抽油機的發(fā)展方向；長沖程無游梁抽油機是長沖程抽油機的發(fā)展方向42。6.朝著自動化和智能化方向發(fā)展近年來抽油機技術(shù)發(fā)展的顯著標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，具有保護和報警功能