滩浅海油田人工举升设备的发展

沈琪

摘 要：文章重点回顾了人工举升的主要方法和设备，并论述其各自的特点、性能及其适用场合，并根据滩海油田开发的要求，对各类设备进行比较、评估。最后遴选出比较适合于海上采油平台所需的人工举升设备。

关键词：人工举升；螺杆泵；电潜泵；直驱往复泵

中图分类号：TE951 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）09-0181-03

Abstract： In this paper， the main methods and equipment of manual lifting are reviewed， and their respective characteristics， performance， and applicable occasions are discussed. According to the requirements of development of beach oil fields， various kinds of equipment are compared and evaluated. Finally， the artificial lifting equipment which is suitable for offshore oil recovery platform is selected.

Keywords： manual lift； screw pump； electric submersible pump； direct-drive reciprocating pump

在我国渤海湾已开采多个浅海油田，渤海湾区域由胜利、辽河、大港等沿渤海湾区的滩海油田，水深多在20米以内，油田开采的层位也大致和陆上相同，但由于海上油田的开采环境和工作条件，毕竟与陆地不同，选择的采油设备必须适应海洋工作条件和有关规定；由于我国近海油田油井的自喷能力差，或只是投产初期有短暂的自喷期，故如何合理地选择人工举升设备，使油井的生产效能最大化，以取得最好的经济效益，就是值得研讨的议题。本文将根据浅海油田开采的特点，对若干种类的人工举升设备的特质性能及其适应性、安全性、可靠性、经济性等做评估。

1 人工举升设备的大致分类及其特点

人工举升设备是在油井不能靠地层能量把原油推出地面，而必须施加外部能量，举升原油到地面的机械设备。大体可分为有杆抽油设备与无杆抽油设备两大类。

1.1 有杆泵抽油设备

有杆泵抽油设备：是一种以地面机驱动井下泵的机杆泵系统，又可分为：以地面抽油机带动井下抽油杆作往复运动的抽油泵系统；以及地面使用旋转驱动头，帶动抽油杆作旋转运动的螺杆泵系统两大类。

地面抽油机驱动有杆泵抽油系统技术最为成熟，具有高度可靠性，较为耐用的抽油装备，是国内油田及滩海油田最为常见的人工举升设备。地面抽油机主要有游梁式、链条式长冲程抽油机和液压式长冲程抽油机。循环链条式长冲程抽油机，以其结构简单、冲程长、可靠耐用、获得广泛应用；该型机适用于深井，大排液量、且占地面积相对较少，维修成本低。

抽油杆是有杆抽油系统的重要组成部份，抽油杆材料可分为钢质杆与合成材料杆，例如玻璃钢、炭纤维等。可以根据油井的深度进行选择或不同尺寸的杆组成一组在同一口井中使用，以减轻杆柱的重量。新材料杆重量显著轻于钢质杆，可提高泵挂深度，但由于玻璃钢杆不能承受压缩载荷，不适用于井下温度较高的井，如热采井等。

抽油泵又称深井泵，也是有杆抽油设备的重要部件，它可大致分为杆式泵与筒式泵：杆式泵应用较普遍，一般适用于较深井，而管式泵的直径较杆式泵大，在同样冲次、冲程情况下，可获得较大产液量，但由于泵组中泵筒与柱塞相分离，在井深超过1000米时，较难于掌握泵的冲程长度，而且当泵磨损或因泵阀出现漏油，必须提出油杆与油管，修井费工费时，故只在浅井大排液量的情况下才有应用。杆式泵操作简单且当泵柱塞幅与凡尔等出现磨损漏油时，只需将抽油杆提出即可换泵，重新下井，修井效率提高。故获得广泛应用，当遇有油井出沙、或含气量大时，须加装防沙、防气设施以避免气锁和沙卡，其防腐蚀性能较好，可耐受较高的井底温度，如在290摄氏度可正常工作。

旋转式螺杆泵抽油系统也是有杆抽油系统之一，与常规抽油系统所不同的是井下泵采用螺杆泵，它是一个具有单螺旋的钢质转子，与具有双螺旋的弹性材料定子组成，当螺杆在定子中做旋转运动时，定子与转子间形成一个递进式连续空腔，由于转子与定子相接触点是密封的，所以原油从这一摩擦幅所形成的连续空腔中被推举到地面。转子与抽油杆相连接，而定子则与油管相连，下入井中组成泵系统，其结构简单，没有了泵阀，防止了气锁，故适应于含气、含沙、稠油的开采，恰好弥补了往复式抽油系统的不足。

这种抽油系统的优势，在于地面驱动机组及井下泵，较常规机组大为简化，使投资减少；由于它的系统效率较高，一般可达60%～70%，故较常规有杆深井泵可节约能源降低运行成本；尤其适合抽汲粘度较高原油。这一系统地面驱动部分，占地面积小，地面设备维修工作量少，利于环境保护；当使用无接头的连续抽油杆时，更能节省下泵时间，减少抽油杆事故和延长检泵周期。其局限性则是井下温度不能过高（一般不超过160摄氏度）。故当井下温度适宜的情况下，选择这种抽油设备是比较适应浅海油田的。

1.2 无杆抽油设备

无杆抽油设备按照其驱动方式，大致可分为二类，一类是用电力驱动井下泵（或旋转或往复泵）；另一类采用液压动力驱动井下液力泵（或旋转泵或往复泵）将原油提升到地面。

潜油离心泵系统（电潜泵）：由地面电力控制箱、井下电缆、井下离心泵机组等基本部件组成。井下泵机组由一台三相感应电机（500HZ，3000转/分）和离心泵组成，离心泵是由多级叶轮组构成；其最大下井深度可达4500米，并可适应于斜井，或井眼弯曲的井，井口只有一个电控箱，所需占地面积很小，适应环保要求高的海上油区，便于数据采集和实现远程自动控制，故在海上产液量适当的油井中获得广泛应用。和常规杆式泵相比，在井深不超过2000米；排液量小于50方/日，使用电潜泵的一次性投资和运行费用均大于常规有杆泵。

另外离心泵不适用于抽粘度高的原油，故在浅井及高粘液中并不适用。

数控往复式潜油电泵是一种把直线电机引入井下抽油的较新装备，由于直线电机的动子可以做直线运动，直接驱动往复泵柱塞；大大简化了井下往复运动的抽油泵装置，省去了地面的抽油机和与之相连接的抽油杆。

这种潜油电泵是由地面电控柜和智能控制系统电柜，通过潜油电缆传导至井下直线电机和抽油泵。适用于5.5

及其以上的套管直徑，可在井底温度不大于120度时正常工作，输出最大功率可达30千瓦，额定推力2400N（最大推力3500N）日产液量达20方/日。

该类设备与相同等排液能力的有杆抽油设备相比，减去了地面驱动和抽油杆；由于动力直达抽油泵大大提高了抽油系统效率，节约能源（与同类有杆系统相比可节约

50%的用电量）。井口占地面积小，有利于地面环保要求。更方便自动控制和远程传输，可用于斜井，适应于小排液量井，而且电机与泵的结构简单，一次投资较少，泵效高（柱塞泵可达60%～90%；离心泵50%左右）。由于具有以上优点故比较适应近海油田产量较低的油井，与电潜泵可以相互补充成为海上油田较好的采油装备。

液力驱动的水力活塞泵系统可以在地面建设动力源泵站，驱动多口井，因此可以使每口井的占地面积很小，也很适应环保要求。还可应用于深井、斜井，它能适应各种不同的排液量的井，能适应井下温度120度～290度。因系液力驱动，故要求动力液的清洁度较高。

液力驱动喷射泵适用于高腐蚀性井液。但由于喷射泵效率较低，适用于较浅井和低产液井。

气驱动采油设备所需设施简单，成本低适用于油气比较高的油井。

2 目前我国滩浅海油田人工举升设备的选择方法

我国沿渤海湾的浅水域（水深20-50米），已开发数十个油田，仅胜利油田开发的埕岛油田就有130多平方公里，现有采油平台100余座，随着深度勘探开发，不断有新的区块和采油平台投入生产。根据渤海湾区域的滩海油田特点，油层深度大都在3000米以内，产气量较低，粘度中等，油井初始阶段有少量能自喷，但在较短时间内均须选用人工举升设备。选用的原则有以下几个要素：

2.1 油井的产液能力

根据每一种举升系统的油管流入曲线选择适合的泵达到合适的压力降，使产液量与地层压力相匹配取得合适的产量，进而获得所期望的产液量。

2.2 油井产气量

在选择人工举升方法时，产气量和气液比是一个重要因素，若通过举升设备的气量大，则各种泵送系统的产液能力均有下降。

2.3 下泵深度和有效举升

滩海油田的油井多为定向井或水平井，下泵深度超出直井段，就要考虑所选泵是否适应斜井和水平井。

2.4 适用性

考虑到油井投产后，由于自然能量减少而出现的产液变化，或由于油井措施后产液量的改变，所选择举升设备要有一定适应能力。对于浅海平台来说装置占用的空间位置很关键。

2.5 经济效益

人工举升设备除需满足油井所须生产能力，还必须对其经济性进行评估，即包括设备的初投资、运行费用、可使用年限及维修周期等应予以综合考虑。

例如电潜泵与游梁机杆式泵在相同工况下比较，其初始投资大体为0.7：1；但由于运行费用电潜泵远高于有杆泵（1.5：1）则十年累计的总费用为1.4：1。若以潜油直线电机驱动的数控往复潜油电泵与游梁机杆式泵相比较，其初始投资约为1：0.95；潜油泵略高，但其泵效可提高40%，即运行费用降低，总的经济效益较好。螺杆泵与游梁机相比无论初始投资与运行费用均有所降低，经济性能较好。

依照我国浅海或滩海油井的实际，一般选择如下：

（1）有杆泵中的螺杆泵对滩海油田有广泛的适应性；

（2）在产量较低的油井（不大于20方/天），数控往复潜油电泵是较好的选择；（3）有杆式长冲程抽油机适应广泛，可根据具体情况选择；（4）在需要高排液量时，电潜泵是主要选择。

3 结束语

应用于海上油井的人工举升设备，必须适合于滩浅海油田特点要求；浅海油井大多位于海上采油作业平台，由于平台面积有限，它就决定了抽油设备的占地面积愈小愈好；平台设备都要有完善的安全防护和优越的环保性能；由于采油平台一般不配备修井设备，故所选取的抽油设备必须具有高可靠性和长工作寿命，因为频繁的修井作业要加大生产成本。由于海洋气候对设备具有高腐蚀性，所选地面设施应有良好的耐腐蚀性能；海上采油设施应便于远程传输和自动化。随着斜井、水平井等复杂井型数量不断增加，油井工况越来越复杂，对举升设备要求越来越高，发展更加安全环保、可靠、节能、高效的人工举升新技术是采油工程发展的必然趋势，并配套实时监测与诊断技术，提高对生产过程中的监测和控制水平。在低油价形势下，通过技术创新，提高人工举升系统效率，降低能耗，提高投资回报率。

参考文献：

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