油田機(jī)械采油工藝技術(shù)及問(wèn)題分析

趙 平

（遼河油田金海采油廠，遼寧盤錦 124010）

1 大慶油田機(jī)械采油工藝現(xiàn)狀及問(wèn)題

1.1 抽油機(jī)井配套技術(shù)

（1）抽油機(jī)井優(yōu)化設(shè)計(jì)及降機(jī)型技術(shù)。由于3次技術(shù)被大慶油田廣泛使用，油井的產(chǎn)油量也大不如前，開采出的油液性質(zhì)也發(fā)生了一定變化。原有的開采方案會(huì)使得負(fù)載計(jì)算出現(xiàn)較大的誤差，并且會(huì)因?yàn)闆](méi)有充分考慮抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)而造成抽油機(jī)井存的選型出現(xiàn)偏差、設(shè)備之間不匹配、負(fù)載能力偏低等問(wèn)題。所以，需要對(duì)選型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化處理，以有效降低能源消耗，提升抽油機(jī)井的工作產(chǎn)量。

（2）抽油機(jī)參數(shù)優(yōu)化技術(shù)。抽油機(jī)參數(shù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)有直接的影響?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外主要利用二次皮帶減速裝置、變頻器控制裝置和超低轉(zhuǎn)速大啟動(dòng)扭矩電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)低沖次，但都存在著傳動(dòng)效率低，可靠性差等缺點(diǎn)。為此，大慶油田研制了抽油機(jī)專用大傳動(dòng)裝置，經(jīng)過(guò)實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)這種操作方式能夠大大節(jié)省電量。同時(shí)，大慶油田還開發(fā)了多杯等流型氣錨，利用它可以將油氣分離開來(lái)，能有效地提高抽油機(jī)井原油產(chǎn)量。此外，抽油泵工作時(shí)，油管會(huì)在上、下沖程時(shí)進(jìn)行伸長(zhǎng)和縮短。在這個(gè)過(guò)程中，抽油泵的沖程就會(huì)有損失。此外，載荷交變的頻率也會(huì)影響油管的使用壽命。為提高泵的工作效率，防止泵筒與套管之間發(fā)生相對(duì)位移，用油管錨定技術(shù)對(duì)油管柱的伸縮量進(jìn)行科學(xué)把控，以增加產(chǎn)液量。

1.2 螺桿泵井配套技術(shù)

螺桿泵采油是一新興的人工舉升采油方式，對(duì)于潛油電泵、抽油機(jī)柱塞泵、水力活塞泵等機(jī)采方式相比較而言，螺桿泵采油的成本少，能適應(yīng)大多數(shù)的作業(yè)環(huán)境，因設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單也使操作更加方便。

（1）大慶油田是從1986年采用螺桿泵采油的，從引進(jìn)螺桿泵技術(shù)到熟練掌握螺桿泵技術(shù)，再到現(xiàn)在自主開發(fā)技術(shù)，大慶油田不斷克服技術(shù)中出現(xiàn)的定子橡膠脫膠、螺桿泵定轉(zhuǎn)子抱死等技術(shù)問(wèn)題，目前在機(jī)械采油工藝核心技術(shù)上和配套技術(shù)上獲得了不同程度的成就。游梁式抽油機(jī)和潛油電泵已經(jīng)不再受到人們的青睞，取而代之的是地面驅(qū)動(dòng)桿式螺桿泵，此種采油技術(shù)已相對(duì)成熟，能很好的適應(yīng)三元復(fù)合驅(qū)和聚合物驅(qū)，在我國(guó)的吉林以及哈薩克斯坦等國(guó)內(nèi)外油田均有使用。

（2）“十一五”以來(lái)，隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，螺桿泵技術(shù)也得到了進(jìn)一步優(yōu)化和完善，特別是在大慶油田的原油開采中被充分利用。螺桿泵的特點(diǎn)：一是產(chǎn)能新井使用了1600多臺(tái)螺桿泵，約占新井總數(shù)的15%；二是通過(guò)舉升方式的調(diào)整將抽油機(jī)、電泵轉(zhuǎn)換成螺桿泵的井，總計(jì)1000多口。螺桿泵井?dāng)?shù)在2005～2009年實(shí)現(xiàn)了快速增長(zhǎng)，從2000口螺桿泵井增到近6000口，占比從5%增長(zhǎng)到9.5%。此外，利用螺桿泵技術(shù)減少了耗電量，年耗電量只占總耗電量的一成。

1.3 外圍低產(chǎn)井配套技術(shù)

（1）提撈采油技術(shù)。提撈車和罐車是提撈采油時(shí)用到的作業(yè)工具，兩者需相互配合、缺一不可。提撈采油技術(shù)是根據(jù)供液不足的井提出的，其相關(guān)配套技術(shù)符合小井眼、深井、黏稠井等不同類型井開采的要求。提撈采油技術(shù)不僅能降低生產(chǎn)成本，對(duì)三低油田的開發(fā)也有一定幫助。截止到2008年，大慶油田的提撈采油井?dāng)?shù)量占總數(shù)量的7%。

（2）間歇采油技術(shù)。抽油機(jī)長(zhǎng)期處于輕載狀態(tài)可以通過(guò)間歇采油節(jié)能技術(shù)解決。間歇采油節(jié)能技術(shù)可以減少采油的無(wú)效流程，從而提高了工作效率。不僅如此，此種技術(shù)還能降低機(jī)器的磨損率，延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命，節(jié)省了維修機(jī)器的成本。以此為基礎(chǔ)對(duì)采油工作方式進(jìn)行優(yōu)化，從2009～2010年，間歇采油井?dāng)?shù)量達(dá)到332口。

1.4 機(jī)采設(shè)備節(jié)能再制造技術(shù)

近些年大慶油田在節(jié)能方面獲得的成績(jī)，與使用節(jié)能電機(jī)、節(jié)能抽油機(jī)等節(jié)能設(shè)備有著密且關(guān)系。節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用有效控制了能源的消耗量。但因節(jié)能抽油機(jī)的使用還沒(méi)完全普及，所以只占抽油機(jī)總數(shù)的27%。

（1）常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能再制造技術(shù)。對(duì)老機(jī)型抽油機(jī)進(jìn)行改造一直是這幾年大慶油田主要的工作內(nèi)容，改造對(duì)象是下偏杠鈴抽油機(jī)和雙驢頭抽油機(jī)。因?yàn)橄缕茆彸橛蜋C(jī)和雙驢頭抽油機(jī)比較容易操作，并且節(jié)能效果比其他抽油機(jī)效果好，所以先選擇這兩種抽油機(jī)進(jìn)行試點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同的測(cè)試環(huán)境下，前者節(jié)電24.5%，后者節(jié)能23.8%。

（2）常規(guī)電機(jī)節(jié)能再制造技術(shù)。從大慶油田目前的情況來(lái)看，將電機(jī)全部換成節(jié)能電機(jī)需要的資金投入非常大，為能有效地對(duì)普通電機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，大慶油田結(jié)合自身發(fā)展情況，制定了一系列的整改方案，并不斷地進(jìn)行嘗試，最終取得了一定成效。例如，把常規(guī)電機(jī)改造成雙功率電機(jī)或雙速雙功率電機(jī)等，都可以有效地節(jié)省能耗。

2 新型節(jié)能舉升工藝開發(fā)

2.1 等壁厚定子螺桿泵舉升工藝

影響設(shè)備的使用性能和壽命的重要零件是螺桿泵定子。由于螺桿泵定子的橡膠襯套的厚薄不同，所以在工作時(shí)的溶脹、溫脹也會(huì)有所差異。由于橡膠最厚的地方也是產(chǎn)生熱量的最主要部分，而造成橡膠襯套形線尺寸不精準(zhǔn)，降低了定轉(zhuǎn)子的嚙合作用，最終導(dǎo)致泵的使用壽命減少，增加了投入成本，降低了工作效率。通過(guò)對(duì)定子橡膠襯套的厚度進(jìn)行調(diào)整，將其設(shè)計(jì)成厚度均勻即等壁厚定子螺桿泵。另外增強(qiáng)橡膠襯套形線的精準(zhǔn)度，保證泵能夠高效地工作。等壁厚定子的使用不僅能延長(zhǎng)泵的使用壽命，還能提高大慶油田的經(jīng)濟(jì)收益。自采用等壁厚定子以來(lái)，已表現(xiàn)出不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

2.2 地面直驅(qū)螺桿泵舉升工藝

防反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安全性能不好、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率低下等，是普通螺桿泵普遍存在的問(wèn)題。為此，大慶油田研制了低速大扭矩高效永磁同步電機(jī)。相較于普通的驅(qū)動(dòng)方式，該設(shè)備更易于操作，節(jié)能效果更加突出，且運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。改造后的螺桿泵比改造前節(jié)電17%，螺桿泵明顯優(yōu)于改造前。

2.3 全平衡抽油機(jī)舉升配套工藝

新型全平衡抽油機(jī)是針對(duì)每天約5 m3低產(chǎn)低效油井研制的。改進(jìn)后的抽油機(jī)可以通過(guò)改變其運(yùn)動(dòng)方式對(duì)泵的工作速度進(jìn)行調(diào)控。此外，可以通過(guò)精確平衡的手段對(duì)其平衡狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和改善。同時(shí)，外轉(zhuǎn)子直驅(qū)電機(jī)的采用對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作效率有較大提升，有效降低了開采成本。目前大慶油田已經(jīng)對(duì)2口井進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，抽油機(jī)的工作效率能提高10%以上。

2.4 潛油柱塞泵水平井舉升工藝

鑒于大慶油田下泵深度較深、外圍低產(chǎn)低滲透的現(xiàn)狀，相關(guān)技術(shù)人員研發(fā)了往復(fù)式潛油柱塞泵舉升工藝。它是以直線往復(fù)潛油電機(jī)為核心，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油泵運(yùn)動(dòng)。潛油柱塞泵水平井舉升工藝可有效實(shí)現(xiàn)小排量井高效舉升，能最大限度地滿足生產(chǎn)需要。目前潛油柱塞泵水平井舉升工藝，已應(yīng)用在大慶油田采油七廠、八廠、九廠等外圍油田。應(yīng)用效果好，未發(fā)現(xiàn)其他問(wèn)題。

2.5 機(jī)采系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)

機(jī)采系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)油田開采十分重要，目前大慶油田使用的自動(dòng)控制技術(shù)是伺服拖動(dòng)系統(tǒng)。該伺服拖動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)通過(guò)調(diào)整被控對(duì)象的位移情況，使被控對(duì)象能自動(dòng)連續(xù)的根據(jù)指令完成相關(guān)工作的閉環(huán)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制技術(shù)具有自適應(yīng)調(diào)整功能，在一定程度上能實(shí)現(xiàn)采油的遠(yuǎn)程控制，并能節(jié)省能源。

3 結(jié)語(yǔ)

大慶油田通過(guò)試驗(yàn)和對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不斷總結(jié)，研制開發(fā)了很多節(jié)能舉升的工藝，并獲得良好效果。這說(shuō)明，自主創(chuàng)新對(duì)于油田機(jī)械采油工藝技術(shù)改進(jìn)十分重要。同時(shí)，相關(guān)部門或單位應(yīng)加大科學(xué)技術(shù)方面的投入力度，不斷對(duì)機(jī)械采油工藝技術(shù)進(jìn)行完善和改進(jìn)，保證工作能夠順利高效地開展。在貫徹實(shí)施國(guó)家節(jié)能減排政策的同時(shí)，建設(shè)起低碳經(jīng)濟(jì)和綠色油田來(lái)。