2011-11油气井开发装备技术发展现状及趋势

1、油气井开发装备技术发展现状与趋势,第一讲,有杆装备技术发展现状及趋势,主 讲 内 容,一.国外有杆抽油设备技术进展 二.国内有杆采油设备技术现状 三.国内外有杆采油技术发展趋势,一、国外有杆抽油设备技术进展,1.1 抽油机,1.1 抽油机,国外抽油机总的发展方向是： 超大载荷、长冲程、低冲次； 自动化、智能化； 高效节能； 高适应性； 无游梁长冲程、大型化。 游梁式抽油机经过多年的发展，产品的系列化、标准化和通用化程度日益提高；各种节能机型得到了普遍推广；抽油机自动化控制系统也被广泛使用；多种型式的无游梁长冲程抽油机的发展已日趋完善。,1.2 抽油杆,为了满足大泵强采、小泵深抽、稠油井、高含蜡

2、井、腐蚀井和斜井采油的需要，国外研制了许多特种抽油杆，如: 超高强度抽油杆、玻璃钢抽油杆、空心抽油杆、 电热抽油杆、KD级抽油杆、连续抽油杆、金属 塑料复合喷涂防腐抽油杆、柔性抽油杆和铝合 金抽油杆等。 进一步提高了抽油杆的使用寿命和应用范围。,1.2 抽油杆举例, Amoco公司利用碳纤维合成技术研究而成的抽油杆，可以作为连续的合成带状抽油杆取代常规柱状抽油杆，以提高标准游梁式举升系统的工作性能。,1.2 抽油杆举例,加拿大Corod公司研究开发的椭圆截面型连续抽油杆，已经在许多国家15000 多口井中使用，最大下泵深度已达3500m，均取得了较好的使用效果，Corod 抽油杆与油管相对磨损

3、较少，抽油杆应力减少23%，光杆最大载荷减少12.6%，消耗功率减少14.3%，特别适用于深井、斜井和丛式井开采石油及小直径油管抽油。,1.2 抽油杆举例, 美国Axelson公司生产的S-80型超高强度抽油杆，由于抗疲劳强度高，消耗功率减少30%-50%。 美国Maga公司生产的铝合金抽油杆，耐腐蚀能力很强，质量较轻，操作方便，消耗功率减少30%-50%，是一种很有发展前途的抽油杆。,1.2 抽油杆举例,俄罗斯杜马兹石油股份公司2000年在1317油井和1520油井安装了2套玻璃钢抽油杆。玻璃钢抽油杆的优良性能表现为兼有相当大的强度和很大的弹性，其质量大大低于钢质抽油杆。这样在不改变设备类型

4、的情况下，可以使用提高泵排量的大直径柱塞泵。(但存在致命的缺点:不宜修复),1.3 抽油泵,有杆抽油泵由于结构简单、工艺成熟、操作简便、维修容易，仍然是美国和俄罗斯等国的主要机械采油设备。国外抽油泵发展的特点是： 抽油泵向适应出砂、高油气比、稠油、腐蚀、井斜等特殊井况，满足深抽和强采需要以及高效、长寿命方向发展。 形成了范围较广的尺寸系列，能适应油井不同井深及采液量的需要。,1.3 抽油泵,目前国外长冲程泵及相应的抽油机发展很快。 抽油泵的泵筒与柱塞副和阀件的耐久性的提高增加了使用寿命。,1.3 抽油泵,1.3.1抽稠泵 目前美国已有长度为5.5m、6.1m、7.6m、10.37m、12.2m

5、、15.24m的长冲程抽稠油泵。俄罗斯已将冲程为6m的稠油泵列为国家标准，并研制出长泵筒和长柱塞结构的HTKCB6048型稠油泵，最大排量为234m3d。,1.3 抽油泵,1.3.2超长冲程抽油泵 美国Axelson公司研制出了直径为44.45mm、冲程为24.38m的杆式抽油泵。 前苏联试制了冲程达上百米的特种有杆泵，与钢带式超长冲程抽油装置配用。,1.3 抽油泵,1.3.3防气锁泵 美国HarbisonFischer公司开发成功了一种可在气锁情况下使用的新型有杆泵。采用它有助于消除气锁，缩小杆柱应力范围，消除泵的气液冲击，减轻了杆管摩擦。,1.3 抽油泵,此外，加拿大的HarbisonFi

6、scher有限公司生产出了一种高排量、高压缩能力凡尔罩的有杆泵，其液体通过能力比现有凡尔罩高一倍，并能对液体传递螺旋运动，从而延长凡尔球的使用寿命； 美国Nilcra陶瓷公司研制了PSZ陶瓷抽油泵阀。经过60多口油井实验，结果表明： 平均检泵周期延长4.4倍，每口油井修理费用减少13640美元，具有很好的经济效益。,1.3 抽油泵,1.3.4多功能抽油泵 Texaco公司设计的井下往复泵，置于油水分界面上，在上冲程时提升油，在下冲程时注入水。（即一种同井采注装置）,1.3 抽油泵,1.3.5螺杆泵 随着各国稠袖、含砂、含气井的数量越来越多，为满足油田开采工艺的需要，近二十年来，各国有关制造厂和

7、公司相继推出了井下单螺杆抽油泵系列产品，主要以地面驱动、抽油杆传动为主；近几年来又相继推出了地驱的井下双螺杆泵采油装置。,1.3 抽油泵,单、双螺杆泵开采技术的发展趋势包括研究开发新的啮合型线以提高单、双螺杆泵的输送特性；设计开发新型减速器、同步齿轮传动器和高强度、长寿命陶瓷轴承以提高井下机组的可靠性；改进螺杆泵的选择性以增强其适应性；改进螺杆泵的综合性能提高其运行和节能效率，延长螺杆泵的使用寿命等。,1.4国外在有杆采油方面的配套技术,1.4.1有杆泵抽油系统效率评价 美国休斯顿Case Services公司2001年研制成功评价有杆泵抽油系统效率的csBeam软件系统。利用这套系统可进行井

8、下动态分析、可根据历史数据设计新型抽油系统、优化抽油机的平衡、监控油井的动态变化，以确保每口井以最高产量生产。,1.4国外在有杆采油方面的配套技术,1.4.2有杆泵控制器 Lufkin自动化公司在2005年第二季度将气体密闭输送技术引入SAM Well Manager有杆泵控制器。应用这一新型的联合技术，可以解决一直以来存在的维持产量的同时降低成本这一技术难题。,1.4国外在有杆采油方面的配套技术,1.4.3抽油井动态实时监测系统 此系统是建立在便携式计算机及综合数据采集程序包基础上研制出来的。它可以作为定期优化油井动态的一种诊断工具。,1.4国外在有杆采油方面的配套技术,1.4.4油井抽空控

9、制 Madison工程公司生产的一种抽空控制器，能利用数字信号处理技术优化油井抽汲工作，不需要测示功图而只测定交流电压及电机的电流就能判断油井抽空情况，并能存储一个月的相关信息，其配套的控制程序能自动调节停抽时间间隔以优化油井的产量。,二、国内有杆采油设备技术现状,为了适应不同类型油藏的开发需要，国内在机械采油领域研究与应用了系列新技术。,2.1抽油机,研究开发了各种类型的抽油机，提高了抽油机的适应性。 为了适应各种油藏条件，如含砂、含气、含蜡、稠油、及低渗透油田采油的需要，研制与应用了液压抽油机、长冲程无游梁抽油机、螺杆泵采油系统等； 为了适应斜井、丛式井采油的需要，研制与应用了斜井、丛式井

10、抽油机； 为了适应高含水油井采用大泵提液时不停机进行环空测试的需要，研制与应用了长冲程抽油机； 为了解决常规抽油机耗电量大的问题，研制与应用了多种新型节能抽油机，提高了抽油效率，降低了采油成本。,抽油机分类,常规式抽油机结构简图,2.1.1 游梁式抽油机,1.整体结构,（一）常规式抽油机,2.动力及运动传递,（二）游梁式抽油机的技术改造,出发点： 继承常规游梁式抽油机的优点，克服某些缺点，从而改善游梁式抽油机的性能。 局限性： 由于是游梁式抽油机的技术改造，故受游梁的限制，改进幅度和性能的提高受限。,1. 前置式游梁抽油机,1）整体结构,前置式气动平衡抽油机结构简图,1刹车机构；2电动机；3支

11、架；4游梁；5驴头；6平衡气缸 7连杆；8曲柄；9减速箱；10底座；11横梁；12悬绳器,11,12,结构特点 （1）横梁与支架中心互换，即横梁前移； （2）采用气动平衡方式。 性能特点 （1）改善了其运动性能，使上冲程慢、下冲程快，减少了动载； （2）驴头悬点承载能力得到增强，减速箱曲柄轴受扭矩更趋均匀，寿命延长； （3）节能，比常规抽油机节电10%30%,2)与常规式相比所具有的特点,2. 异相曲柄游梁式抽油机,1)整体结构,1刹车机构；2电动机及小皮带轮；3大皮带轮；4减速箱；5异相曲柄；6平衡块；7机架；8平衡块安装曲柄；9连杆；10游梁；11驴头；12悬绳器；13底座,异相曲柄型游梁

12、式抽油机结构简图,2)曲柄结构,结构特点 （1）曲柄平衡重偏置（曲柄销孔中心线与曲柄平衡块中心线不重合，平衡块中心线逆转动方向后置一个锐角，一般815度）； （2）游梁处于水平位置时，平衡块曲柄也基本处于水平；连杆与两者近似垂直；游梁和横梁相对于曲柄旋转中心前移了一定距离（L-h）。 性能特点 （1）改善了其运动性能，使上冲程慢、下冲程快，减少了动载； （2）使减速箱曲柄轴上的扭矩变化幅度减小，改善了减速箱的工况，在相同工况下，比常规抽油机减速箱输出扭矩减少40%60%； （3）节能降耗，比常规抽油机节电10%20%。,3)结构与性能特点,3. 双驴头游梁式抽油机,结构特点 它去掉了常规游梁式

13、抽油机横梁尾轴，依靠一个后驴头装置通过驱动钢丝绳使横梁与连杆相连接。 性能特点 （1）上冲程慢、下冲程快，减少了动载，工作稳定，易启动； （2）冲程长，节能好，比常规抽油机节电10%20%； （3）缺点是驱动绳辫子易磨损。,双驴头式抽油机的特点,4. 矮型异相曲柄游梁抽油机,结构特点 （1）它以一个异形驴头取代了游梁的功能； （2）四连杆机构非对称循环 ； （3）异相曲柄，曲柄平衡块偏置； （4）整机高度低、重量轻、成本低。 性能特点 （1）上冲程慢、下冲程快，减少了动载，工作稳定，易启动； （2）节能降耗，比常规抽油机节电15%左右； （3）缺点是驱动绳辫子易磨损，不适合稠油井开采。,矮型异

14、相曲柄抽油机的特点,它实际上是结合了异相曲柄与双驴头抽油机两者的优点,5. 下偏杠铃式游梁抽油机,1.在游梁尾部增设一个向下偏置的杠铃平衡重 2.结构简单，性能可靠； 3.继承了常规抽油机的全部优点，且平衡效果好； 4.适应于对常规抽油机进行节能升级改造； 5.综合节能较常规机高30以上。,下偏杠铃式游梁抽油机的特点,（一）链条式抽油机,1. 系统结构组成,2.1.2 无游梁式抽油机,冲程长、冲数低、适用于深井和稠油开采 动载荷小、平衡程度好 节电、系统效率高 节约钢材,2. 链条式抽油机的特点,3. 链条式抽油机的现有结构形式,国产链条式抽油机结构示意图,（1）国产链条式抽油机结构及特点:,

15、国产链条式抽油机现场照片,（2）国产链条式抽油机工作照片,（3）国产链条式带机械平衡的抽油机工作照片,（二）皮带链条式抽油机,1. 系统结构组成,2. 皮带-链条式抽油机实物照片,3. 内部换向机构三维示意图,冲程长、冲数低、适用于深井和稠油开采 动载荷小、平衡效果好，运行平稳、噪音小 节电、系统效率高 节约钢材 整体效果优于链条式抽油机,4. 皮带链条式抽油机的特点,江汉石油机械有限公司利用直线电机技术创新研制成功的一种新型无游梁式抽油机ZX-CY系列直线电机抽油机。 结构特点：该机以直线电机作为动力，不需任何中间转换机构或传动装置，将电能直接转换成直线运动的机械能，实现抽油机的抽油功能，从

16、而彻底改变了常规抽油机必须将旋转电动机的旋转运动转换成抽油杆往复运动的机理。 适用范围：适用于各种类型油藏油井的举升，特别是超深井、大排量抽油井、间抽井、稠油油井、海上平台油井、斜直井等。,（三）直线电机式抽油机,工作原理： 直线电机的原理并不复杂，设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应电动机。 在直线电机中，相当 于旋转电机定子的，叫初级；相当于旋转电机转子的，叫次级。初级中通以交流，次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动。这时初级要做得很长，延伸到运动 所需要达到的位置，而次级则不需要那么长。 实际上，直线电机既可以把初级做得很长，也可以把次级做

17、得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初 级移动。,1.系统结构组成,承载与转向系统 ：天轮，翻转轮和桁架。,直线电机 ：电机定子（表面粘贴永磁体的钢板）、电 机动子（双边初级线圈）、动子导向轮和以钢轨为 材料的导轨。,抽油机驱动与控制系统：包括专用变频器、控制面板和 控制保护装置。,平衡及其它辅助系统：动子背部的平衡箱、拖动抽油 杆的扁钢丝绳、悬绳器、防撞器、无触点限位器 和电磁刹车等。,2. 直线电机抽油机物理样机,初级线圈（动子）,翻转轮,顶部导向轮,动子导轨,扁钢丝绳,悬绳器,采油树,动子导向轮,平衡箱,桁架,底座,主板 （电机定子）,扁钢丝绳,光杆,3. 直线电机抽油机的

18、特点,1、机械效率高：常规游梁抽油机机械效率72%；直线电机抽油机仅经过扁钢丝直接拖动抽油杆，转换效率94%以上。,2、体积小，重量轻：简单的结构，紧奏的设计，使得直线电机抽油机与常规抽油机相比重量降低50%左右，节省了大量钢材，且占地面积小。,3、噪音低。直线电机抽油机取消了复杂的能量传递环节，能量传递更加合理，降低了抽油机运行产生的噪音，使得直线电机抽油机运行声音低于63分贝。,4、性能可靠、安全耐用。整机为以直线电机为主的机电一体化抽油机，运转部件少，提高了抽油机运行的可靠性能和安全性能。,5、在线可调的“上快下慢”、“上慢下快”、上下同速和换向停滞间抽运行模式，为抽油智能化管理与应用提

19、供了完美的操作平台。,6、悬点载荷小，平衡效果好，启动电流小，节能效果明显。,7、目前突出缺点是一次性投资成本高,4. 带外部配重平衡的直线电机抽油机,(四)智能换向式抽油机,1.胜机智能换向抽油机实物照片,智能换向抽油机是机电一体化、高效节能产品，采用无能耗换向技术，比常规游梁式抽油机机械效率提高40%左右，节约能耗30%以上。 采用智能模拟及数字混合控制，可根据载荷状况，自动调整冲次，实现与各种油井工况参数经济、合理的匹配，具有较高的适应性。 采用对称平衡方式，平衡精确，抽油机运转平稳、噪音小，减少额外动力消耗，无级调参、简单易行，可实现远程监控，经济效果显著。,2. 智能换向抽油机的特点

20、,2.2 抽油杆,深抽、稠油、高含蜡、腐蚀、斜井和水平井等特殊油井对抽油杆的性能、抽油杆柱的设计组合要求不同，促进了国内抽油杆技术的发展。 超高强度抽油杆、电热抽油杆、空心抽油杆、玻璃钢抽油杆、柔性连续抽油杆先后得到应用推广，其中空心抽油杆和电热抽油杆在国内十多个油田应用，效果较好，取得了明显的经济效益，并出口俄罗斯、土库曼斯坦、乌兹别克斯坦和墨西哥等。,2.2 抽油杆举例,宁夏恒力钢丝绳股份公司研制开发的柔性抽油杆，先后在青海、辽河、大港、中原、大庆等油田进行了试验。 从现场试验应用结果看，泵效提高10%以上，有较好的增油效果；能在一定程度缓解偏磨，降低了抽油机悬点最大载荷，因杆断因素导致的检泵周期得到了延长；有效减少油井停井时间，大大缩短了作业时间；在直井大泵提液、小泵深抽井中使用效果更加明显。 青海油田钻采工艺研究院在青海油田首先推广应用了柔性连续抽油杆工艺技术。目前国内各油田得到了推广应用。,2.3 抽油泵,研制应用了整筒管式泵，引进了美国LTV公司整筒泵生产线。 稠油泵、防砂泵、环形阀防砂泵、动筒式防砂泵基本形成系列，防气泵、分抽泵、深抽过桥泵、串联泵、长冲程泵也有很大发展。,2.3 抽油泵举例,胜利油田根据需要研制开发了多种抽稠泵、管式防砂泵、防腐耐磨泵、带余隙调零功能的阀式防气泵和排气抽油泵、分层开采用的串联泵和分抽混出泵、大排量双作用和三作用泵，以及油