灘淺海油田人工舉升設備的發展

沈琪

摘 要：文章重點回顧了人工舉升的主要方法和設備，并論述其各自的特點、性能及其適用場合，并根據灘海油田開發的要求，對各類設備進行比較、評估。最后遴選出比較適合于海上采油平臺所需的人工舉升設備。

關鍵詞：人工舉升；螺桿泵；電潛泵；直驅往復泵

中圖分類號：TE951 文獻標志碼：A 文章編號：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

在我國渤海灣已開采多個淺海油田，渤海灣區域由勝利、遼河、大港等沿渤海灣區的灘海油田，水深多在20米以內，油田開采的層位也大致和陸上相同，但由于海上油田的開采環境和工作條件，畢竟與陸地不同，選擇的采油設備必須適應海洋工作條件和有關規定；由于我國近海油田油井的自噴能力差，或只是投產初期有短暫的自噴期，故如何合理地選擇人工舉升設備，使油井的生產效能最大化，以取得最好的經濟效益，就是值得研討的議題。本文將根據淺海油田開采的特點，對若干種類的人工舉升設備的特質性能及其適應性、安全性、可靠性、經濟性等做評估。

1 人工舉升設備的大致分類及其特點

人工舉升設備是在油井不能靠地層能量把原油推出地面，而必須施加外部能量，舉升原油到地面的機械設備。大體可分為有桿抽油設備與無桿抽油設備兩大類。

1.1 有桿泵抽油設備

有桿泵抽油設備：是一種以地面機驅動井下泵的機桿泵系統，又可分為：以地面抽油機帶動井下抽油桿作往復運動的抽油泵系統；以及地面使用旋轉驅動頭，帶動抽油桿作旋轉運動的螺桿泵系統兩大類。

地面抽油機驅動有桿泵抽油系統技術最為成熟，具有高度可靠性，較為耐用的抽油裝備，是國內油田及灘海油田最為常見的人工舉升設備。地面抽油機主要有游梁式、鏈條式長沖程抽油機和液壓式長沖程抽油機。循環鏈條式長沖程抽油機，以其結構簡單、沖程長、可靠耐用、獲得廣泛應用；該型機適用于深井，大排液量、且占地面積相對較少，維修成本低。

抽油桿是有桿抽油系統的重要組成部份，抽油桿材料可分為鋼質桿與合成材料桿，例如玻璃鋼、炭纖維等。可以根據油井的深度進行選擇或不同尺寸的桿組成一組在同一口井中使用，以減輕桿柱的重量。新材料桿重量顯著輕于鋼質桿，可提高泵掛深度，但由于玻璃鋼桿不能承受壓縮載荷，不適用于井下溫度較高的井，如熱采井等。

抽油泵又稱深井泵，也是有桿抽油設備的重要部件，它可大致分為桿式泵與筒式泵：桿式泵應用較普遍，一般適用于較深井，而管式泵的直徑較桿式泵大，在同樣沖次、沖程情況下，可獲得較大產液量，但由于泵組中泵筒與柱塞相分離，在井深超過1000米時，較難于掌握泵的沖程長度，而且當泵磨損或因泵閥出現漏油，必須提出油桿與油管，修井費工費時，故只在淺井大排液量的情況下才有應用。桿式泵操作簡單且當泵柱塞幅與凡爾等出現磨損漏油時，只需將抽油桿提出即可換泵，重新下井，修井效率提高。故獲得廣泛應用，當遇有油井出沙、或含氣量大時，須加裝防沙、防氣設施以避免氣鎖和沙卡，其防腐蝕性能較好，可耐受較高的井底溫度，如在290攝氏度可正常工作。

旋轉式螺桿泵抽油系統也是有桿抽油系統之一，與常規抽油系統所不同的是井下泵采用螺桿泵，它是一個具有單螺旋的鋼質轉子，與具有雙螺旋的彈性材料定子組成，當螺桿在定子中做旋轉運動時，定子與轉子間形成一個遞進式連續空腔，由于轉子與定子相接觸點是密封的，所以原油從這一摩擦幅所形成的連續空腔中被推舉到地面。轉子與抽油桿相連接，而定子則與油管相連，下入井中組成泵系統，其結構簡單，沒有了泵閥，防止了氣鎖，故適應于含氣、含沙、稠油的開采，恰好彌補了往復式抽油系統的不足。

這種抽油系統的優勢，在于地面驅動機組及井下泵，較常規機組大為簡化，使投資減少；由于它的系統效率較高，一般可達60%～70%，故較常規有桿深井泵可節約能源降低運行成本；尤其適合抽汲粘度較高原油。這一系統地面驅動部分，占地面積小，地面設備維修工作量少，利于環境保護；當使用無接頭的連續抽油桿時，更能節省下泵時間，減少抽油桿事故和延長檢泵周期。其局限性則是井下溫度不能過高（一般不超過160攝氏度）。故當井下溫度適宜的情況下，選擇這種抽油設備是比較適應淺海油田的。

1.2 無桿抽油設備

無桿抽油設備按照其驅動方式，大致可分為二類，一類是用電力驅動井下泵（或旋轉或往復泵）；另一類采用液壓動力驅動井下液力泵（或旋轉泵或往復泵）將原油提升到地面。

潛油離心泵系統（電潛泵）：由地面電力控制箱、井下電纜、井下離心泵機組等基本部件組成。井下泵機組由一臺三相感應電機（500HZ，3000轉/分）和離心泵組成，離心泵是由多級葉輪組構成；其最大下井深度可達4500米，并可適應于斜井，或井眼彎曲的井，井口只有一個電控箱，所需占地面積很小，適應環保要求高的海上油區，便于數據采集和實現遠程自動控制，故在海上產液量適當的油井中獲得廣泛應用。和常規桿式泵相比，在井深不超過2000米；排液量小于50方/日，使用電潛泵的一次性投資和運行費用均大于常規有桿泵。

另外離心泵不適用于抽粘度高的原油，故在淺井及高粘液中并不適用。

數控往復式潛油電泵是一種把直線電機引入井下抽油的較新裝備，由于直線電機的動子可以做直線運動，直接驅動往復泵柱塞；大大簡化了井下往復運動的抽油泵裝置，省去了地面的抽油機和與之相連接的抽油桿。

這種潛油電泵是由地面電控柜和智能控制系統電柜，通過潛油電纜傳導至井下直線電機和抽油泵。適用于5.5

及其以上的套管直徑，可在井底溫度不大于120度時正常工作，輸出最大功率可達30千瓦，額定推力2400N（最大推力3500N）日產液量達20方/日。

該類設備與相同等排液能力的有桿抽油設備相比，減去了地面驅動和抽油桿；由于動力直達抽油泵大大提高了抽油系統效率，節約能源（與同類有桿系統相比可節約

50%的用電量）。井口占地面積小，有利于地面環保要求。更方便自動控制和遠程傳輸，可用于斜井，適應于小排液量井，而且電機與泵的結構簡單，一次投資較少，泵效高（柱塞泵可達60%～90%；離心泵50%左右）。由于具有以上優點故比較適應近海油田產量較低的油井，與電潛泵可以相互補充成為海上油田較好的采油裝備。

液力驅動的水力活塞泵系統可以在地面建設動力源泵站，驅動多口井，因此可以使每口井的占地面積很小，也很適應環保要求。還可應用于深井、斜井，它能適應各種不同的排液量的井，能適應井下溫度120度～290度。因系液力驅動，故要求動力液的清潔度較高。

液力驅動噴射泵適用于高腐蝕性井液。但由于噴射泵效率較低，適用于較淺井和低產液井。

氣驅動采油設備所需設施簡單，成本低適用于油氣比較高的油井。

2 目前我國灘淺海油田人工舉升設備的選擇方法

我國沿渤海灣的淺水域（水深20-50米），已開發數十個油田，僅勝利油田開發的埕島油田就有130多平方公里，現有采油平臺100余座，隨著深度勘探開發，不斷有新的區塊和采油平臺投入生產。根據渤海灣區域的灘海油田特點，油層深度大都在3000米以內，產氣量較低，粘度中等，油井初始階段有少量能自噴，但在較短時間內均須選用人工舉升設備。選用的原則有以下幾個要素：

2.1 油井的產液能力

根據每一種舉升系統的油管流入曲線選擇適合的泵達到合適的壓力降，使產液量與地層壓力相匹配取得合適的產量，進而獲得所期望的產液量。

2.2 油井產氣量

在選擇人工舉升方法時，產氣量和氣液比是一個重要因素，若通過舉升設備的氣量大，則各種泵送系統的產液能力均有下降。

2.3 下泵深度和有效舉升

灘海油田的油井多為定向井或水平井，下泵深度超出直井段，就要考慮所選泵是否適應斜井和水平井。

2.4 適用性

考慮到油井投產后，由于自然能量減少而出現的產液變化，或由于油井措施后產液量的改變，所選擇舉升設備要有一定適應能力。對于淺海平臺來說裝置占用的空間位置很關鍵。

2.5 經濟效益

人工舉升設備除需滿足油井所須生產能力，還必須對其經濟性進行評估，即包括設備的初投資、運行費用、可使用年限及維修周期等應予以綜合考慮。

例如電潛泵與游梁機桿式泵在相同工況下比較，其初始投資大體為0.7：1；但由于運行費用電潛泵遠高于有桿泵（1.5：1）則十年累計的總費用為1.4：1。若以潛油直線電機驅動的數控往復潛油電泵與游梁機桿式泵相比較，其初始投資約為1：0.95；潛油泵略高，但其泵效可提高40%，即運行費用降低，總的經濟效益較好。螺桿泵與游梁機相比無論初始投資與運行費用均有所降低，經濟性能較好。

依照我國淺海或灘海油井的實際，一般選擇如下：

（1）有桿泵中的螺桿泵對灘海油田有廣泛的適應性；

（2）在產量較低的油井（不大于20方/天），數控往復潛油電泵是較好的選擇；（3）有桿式長沖程抽油機適應廣泛，可根據具體情況選擇；（4）在需要高排液量時，電潛泵是主要選擇。

3 結束語

應用于海上油井的人工舉升設備，必須適合于灘淺海油田特點要求；淺海油井大多位于海上采油作業平臺，由于平臺面積有限，它就決定了抽油設備的占地面積愈小愈好；平臺設備都要有完善的安全防護和優越的環保性能；由于采油平臺一般不配備修井設備，故所選取的抽油設備必須具有高可靠性和長工作壽命，因為頻繁的修井作業要加大生產成本。由于海洋氣候對設備具有高腐蝕性，所選地面設施應有良好的耐腐蝕性能；海上采油設施應便于遠程傳輸和自動化。隨著斜井、水平井等復雜井型數量不斷增加，油井工況越來越復雜，對舉升設備要求越來越高，發展更加安全環保、可靠、節能、高效的人工舉升新技術是采油工程發展的必然趨勢，并配套實時監測與診斷技術，提高對生產過程中的監測和控制水平。在低油價形勢下，通過技術創新，提高人工舉升系統效率，降低能耗，提高投資回報率。

參考文獻：

[1]P.M.Batlin.桿式泵與電潛泵在小套管井中的對比[J].劉蒙，譯.國外石油機械，1994（1）：22-32.

[2]沈寶明.數控往復式潛油電泵水平舉升工藝[J].大慶石油地質與開發，2010，29（5）：118-120.

[3]王薇.直線電機無桿采油工藝特殊油井試驗與應用[J].內蒙石油化工，2012（14）.

[4]劉合，郝忠獻，王連剛，等.人工舉升技術現狀與發展趨勢[J].石油學報，2015（11）.