皮带抽油机在海外X区块油砂开采中的应用研究

杨阳 于继飞 曹砚锋 范白涛 何国刚

(1. 中海油研究总院有限责任公司， 北京 100028；2. 胜利油田高原石油装备有限责任公司， 山东 东营 257000)

海外油田开发中主要采用高温电潜泵进行油砂开采，由于高温电潜泵为外国公司垄断技术，因而存在设备昂贵、检泵费用高等问题。由于开采成本高，因此，低油价时期的海外油砂开采效益受到较大影响。皮带抽油机是我国石油装备公司生产的长冲程、低冲次、纯机械传动抽油机，特别适用于大泵提液、小泵深抽、稠油开采等工况。目前，已开发出多种型号的皮带抽油机。这些皮带抽油机，在国内油田运转良好，还出口到美国、加拿大、古巴、阿根廷、俄罗斯及部分中东国家。皮带抽油机操作简单，维护方便，其设备购置及维护的费用相对较低。

国内外学者针对皮带抽油机进行了深入研究[1-9]，但是研究方向多为皮带抽油机的结构设计、原理及深抽工艺，而较少涉及皮带抽油机在油砂开采中的应用。实践中，皮带抽油机目前已应用于新疆油田SAGD稠油开采[10]，但是并未应用于SAGD油砂开采。

本次研究将讨论皮带抽油机在海外X区块油砂开采中的应用。海外X区块油砂产量较高(油砂日产量约为900 m3)，全角变化率(狗腿度)大，而目前皮带抽油机最高日产量为600 m3；因此，考虑采用开发前期使用电潜泵、开发后期使用皮带抽油机的开采模式。井口斜度较高，可达45°，因此，需要对皮带抽油机进行设计改造，然后才能将其应用于海外X区块油砂开采。

1 皮带抽油机选型设计

皮带式抽油机选型主要依据其所限定的悬点最大载荷、悬点最小载荷、减速器曲柄轴最大扭矩等参数。根据设计软件，对不同狗腿度下的皮带抽油机进行选型，选型结果如表1所示。

表1 不同狗腿度下皮带抽油机选型结果

油井的全角变化率较大，抽油杆下行困难，导致抽油机无法实现高冲次运转，从而限制了钻采产量。根据目前油井的动液面、下泵深度等情况，计算得知装机后光杆载荷不大于10 t。综合各方面因素，选用最大载荷为14 t、冲程长度为7 m的800型皮带抽油机为最优型号。但是所选抽油机的最大日产量只能达到250 m3，并不能满足X区块油砂开采最大日产量900 m3的需求；因此，我们拟在开发前期应用电潜泵，在开发后期当日产量降到250 m3以下时转为应用皮带抽油机，这种模式基本可以满足需求。

2 电潜泵转皮带抽油机对地面工程的影响

当电潜泵转皮带抽油机时，因地面工程设计前期配置的是电潜泵开采相关配套设备，如果改用皮带抽油机则应根据具体情况对采油树进行改造，并拟定相应的修井操作注意事项。

采油树改造过程并不复杂，只需拆除清蜡阀，将清蜡阀换成光杆防喷器和光杆密封器。如果抽油泵尺寸大于油管挂通道尺寸，则应更换油管挂。

对于地面已有的电潜泵控制设备，因并不影响修井空间，可不移除。皮带抽油机放置于修井区域内，如需修井则将其拆除。修井机进入修井区域开始工作，待修井结束后，重新安装皮带抽油机。拆装皮带抽油机的整个过程很快完成，大约需1～2 h。电潜泵转皮带抽油机对工程的影响很小，此开采模式可以实现。

3 井口斜度较大对皮带抽油机的影响

常规的皮带抽油机通常适用于垂直井口，而不适用于斜井口。目前海外X区块油砂开采中，井口斜度较大，最高可以达到45°，常规的皮带抽油机并不适用。皮带抽油机应用于斜口井开发主要面临以下问题：

一方面，当井口斜度较大时，皮带抽油机受到的横向拉力较大。以井口斜度45°为例，当井口光杆载荷为14 t时，受到的横向拉力为9.9 t，采用现有的抽油机安装方式会发现倾翻。

另一方面，当井口斜度较大时，光杆和皮带受到重力作用下垂，易导致光杆偏摩或光杆在井口卡紧，使下行速度变慢。

针对以上问题，结合皮带抽油机长冲程大载荷的优势，提出解决方案，如图1所示。在现有800型皮带式抽油机的基础上，根据井口斜度设计了抽油机的辅助支撑和皮带导轨。

图1 斜井口采用皮带抽油机开采解决方案示意图

针对斜井口采用皮带抽油机开采的稳定性进行校核，如图2所示。其中：扭矩1(M1)，M1=14 t×4.5 m=63.0 t·m；扭矩2(M2)，M2=16.6 t×6.1 m=101.3 t·m。扭矩1小于扭矩2，表明皮带抽油机开采稳定，不会发生倾翻。

4 经济效益评价

在海外X区块32口井的开发初期，日产量最高时可达900 m3。其中，有27口井在开发后期日产量降低到250 m3以下。针对此情况，按照前期使用电潜泵、后期使用皮带抽油机的开采模式进行评价。经测算，其中24口井采用电潜泵转皮带抽油机开采模式，其设备购置及修井的费用低于电潜泵全程开采模式，可节省的投资金额约为1 980万元人民币，具有较高的经济效益。根据国内经验，皮带抽油机的设备购置价格约100万元，修井费约30万元次，修井频率为0.5次(井·年)，而电潜泵设备及修井费共约150万元次，修井频率为0.5次(井·年)。

5 结 语

(1) X区块油砂产量较高，采用前期使用电潜泵后期转皮带抽油机的方式进行开采。为了满足当前全角变化率的要求，选用了最大载荷为14 t、冲程长度为7 m的800型皮带抽油机。

(2) 采用前期使用电潜泵后期转用皮带抽油机的开采模式，对地面工程设备的转换影响较小。

(3) 针对该区块设计的皮带抽油机辅助支撑和皮带导轨，能够满足实际需求，可解决皮带抽油机无法应用于斜井口的问题。

(4) X区块采用电潜泵转皮带抽油机开采模式，成本相对较低，可节省投资金额约为1 980万元人民币，具有较高的经济效益。