长庆油田有杆泵抽油技术

长庆油田有杆泵抽油技术油气工艺技术研究院二OO七年十二月大家好！我叫黎晓茸，来自油气院。很高兴今天能和大家一起共同度过一个上午的学习时光。今天我要给大家讲的内容是“长庆油田有杆泵抽油技术”。我想在座的各位大多都是工作在采油工程岗位的年轻的技术人员。已具有了一定的采油技术方面的基础。但可能有许多人在工作前所学专业不一定是采油，即便是，也可能经过一段时间后对它有些生疏。因此，很有必要对这方面的知识进行一次比较系统地学习和回味。长期的石油岗位的工作经验告诉我，不管你们以后从事什么专业，只要不离开石油行业，那么一些采油方面的基础知识的了解和学习都是非常必要的。所以，请大家能够用心的和我一起共同学习一下这方面的一些知识。如果我讲的过程中大家有什么疑问或异议，请及时提出，我们共同探讨。如果今天的学习能使大家有所收获，我将感到非常欣慰！一、采油方式选择方法二、有杆泵抽油设备的选用三、抽油参数优选和抽油杆柱优化设计四、抽油杆柱断脱和预防措施五、提高抽油系统效率目录采油方式的选择就是选择能够发挥油井潜在产能的经济有效的举升手段。每个油田在投入开发之前都必须确定其开采的基本方式，合理的采油方式的选择是采油工程方案的重要组成部分。对于天然能量不足的油田，只能采用人工举升方式。采油方式选择采油方式选择人工举升采油方式可以分为两大类：依靠高压气体，将压缩机的机械能转化为气体的弹性能，通过气体弹性能的释放膨胀来举油。气举采油将机械能通过介质（杆、液）转化为液体压能举油。深井泵采油又可以分为无杆泵和有杆泵两种。深井泵采油采油方式选择深井泵采油无杆泵有杆泵水力活塞泵射流泵电潜泵游梁式无游梁式链条式滚筒式液压式螺杆式采油方式选择人工举升方式优选的方式很多，常用的有2种：20世纪80年代，美国石油学会（API）的一批专家就各种人工举升方式对生产条件及其适应性提出了7个方面25项因素定性比较，比较结果见表。定性比较法对比项目适应条件有杆泵螺杆泵(地面驱动)电动潜油泵水力活塞泵水力射流泵气举柱塞气举复杂程度简单简单井下复杂地面复杂地面复杂地面复杂地面复杂一次投资低低较高较高较高最高较高系统基本状况运行费较低较低高较低，但高含水后运行费用高较低较低，但小油田较高较低，但小油田较高正常范围1-10010-20080-70030-60010-50030-318020-32排量(m3/d)最大值[中]300，[美]4102501400（3170）2500(1293)1590(4769)(7945)63正常范围3000150020004000200030003000泵深(m)最大值4421170030845486350036583658小井眼适宜适宜不适宜较适宜适宜适宜适宜分层采油不适宜不适宜较适宜较适宜不适宜适宜适宜定向井一般磨损严重一般磨损严重适宜适宜适宜很适宜很适宜井下状况掏空程度强较强强强较强强较强海上、市区不适宜较适宜适宜适宜适宜很适宜很适宜地面环境气候恶劣边远地区一般一般较适宜适宜适宜适宜适宜采油方式选择各种人工举升系统的适应性比较采油方式选择各种人工举升系统的适应性比较（续表）对比项目适应条件有杆泵螺杆泵(地面驱动)电动潜油泵水力活塞泵水力射流泵气举柱塞气举高气油比较适应一般不适应一般适应很适应很适应稠油、高凝油较好一般不适应很好很好不太适应不太适应出砂较好适应不适应一般一般很适应很适应腐蚀适应适应适应适应适应适应适应结垢适应不适应不适应适应适应一般一般调整工作制度较方便较方便缺乏灵活性方便方便方便方便动力源电、天然气、油电、天然气、油电电、天然气、油电、天然气、油电、天然气、油电、天然气、油操作问题动力介质要求无无无油动力液防火水动力液防止水化物防止水化物检泵管式泵动管柱必须动管柱必须动管柱液力或钢丝投捞液力或钢丝投捞钢丝投捞钢丝投捞维修管理平均免修期，a211.50.50.533由上表可以看出：对于一个确定的油田，采油方式的选择不仅要考虑单井产量、油层埋深，不同人工举升方式的举升能力，还要考虑不同举升方式技术成熟度、运行可靠性、一次性投入成本和后期维护管理费用等多项因素。采油方式选择采油方式选择统计图版法统计图板法是勘探开发研究院采油所根据国内外实际资料统计整理出有杆泵、电动潜油泵、水力活塞泵三种人工举升方式的适应范围。优选人工举升采油方式的经验图板选择采油方式主要考虑的因素采油方式选择（1）油藏类型。要考虑不同驱动类型油藏的能量合理利用问题。例如有气顶的油藏要考虑气顶能量的合理利用，在天然气源充足的油田要考虑采用气举法采油；（2）油藏流体性质。如原油粘度、凝固点、含蜡量、原始气油比等；（3）油井的完井方式。如直井、定向井、水平井等；（4）油藏能量补充方式。如注水、注气、化学驱、热力采油等；（5）油井生产过程可能遇到的问题。如结蜡、结垢、出砂、腐蚀等问题；（6）油井合理的最大产液能力和油藏埋深；（7）油田所处地理环境。如农业区、沙漠、交通条件等；（8）举升方式的技术成熟度和设备的可靠性；（9）举升方式的一次性投资和后期管理维护费用。采油方式选择采油方式优选的步骤（1）收集录取油藏基础资料数据；（2）建立本油田典型油井的流入动态特性曲线；（3）依据流入动态特性曲线确定油井最大供液能力；（4）综合分析选择采油方式的各项因素，确定合理的采油方式；（5）对采油方式进行经济分析，以取得最大经济效益。采油方式选择长庆油田采油方式优选长庆油田已开发的油藏主要有侏罗系延安组与三迭系延长组两套砂岩层系，油层主要特点是低渗、低压和低产，油藏压力系数只有0.6～0.85，油井无自喷能力，只能采用人工举升方式开采。长庆油田在上个世纪70～90年代曾经试验过水力活塞泵采油、螺杆泵、气举等采油方式，但都由于操作费用高、维护管理难度大等原因没有推广应用。由于长庆油田开发区域分散，油井的最大供液量≤25m3／d、油层埋深≤2400m、原油性质、自然环境、设备的维修、可靠性、管理、一次性投资和操作成本等方面可以看出，最经济有效的采油方式只能是游梁式抽油机—有杆泵采油方式。一、采油方式选择二、有杆泵抽油设备的选用三、抽油参数优选和抽油杆柱优化设计四、抽油杆柱断脱和预防措施五、提高抽油系统效率汇报提纲1、抽油机长庆常用抽油机的优缺点、选型原则、选型步骤和常用计算方法。2、深井泵及杆管附件长庆常用深井泵的选型步骤、方法以及泄油器、气锚、抽油杆扶正防磨等配件。二、有杆泵抽油设备的选用二、有杆泵抽油设备的选用游梁式抽油机主要特点：结构简单、可靠性高、耐久性好、维修管理方便、能适应严酷的自然条件，因而自19世纪发明以来，一直被国内外油田大量应用，长庆油田也不例外，全部使用游梁式抽油机。主要由游梁支架、曲柄连杆机构和减速箱、动力设备、辅助装置四大部分组成。按平衡类型的不同可分为：游梁平衡抽油机、曲柄平衡抽油机、复合平衡抽油机、弯梁变矩平衡抽油机、调径变矩抽油机。其中复合平衡、弯梁变矩平衡、调径变矩抽油机属于新兴的节能式抽油机，已在近年来长庆油田新产建区块中全面推广应用。1、抽油机常规游梁抽油机是游梁式抽油机的基本形式，这种抽油机的主要特点是游梁前臂和后壁长度一样，悬点（驴头）运动速度是一个正弦曲线，但这种抽油机（简称常规机）存在着平衡效果差、曲柄净扭矩脉动大、存在负扭矩，效率低等缺点。常规游梁式抽油机二、有杆泵抽油设备的选用（1）常规游梁式抽油机（2）异相曲柄平衡抽油机（慢提快放型）异相型曲柄式抽油机在长庆油田1995以后开始推广应用。保留了常规型游梁抽油机结构简单，工作可靠，坚固耐用，维护操作简便，对环境适应性好的优点，而且还具有以下特点：二、有杆泵抽油设备的选用①采用较短的游梁后臂C及曲柄半径R，使机构具有极位夹角θ（一般θ=10°～12°），使上冲程时曲柄旋转角度增加12°，下冲程时曲柄旋转角度减少12°，悬点上冲程运行时间大于下冲程时间，因而使上冲程悬点加速度下降，动载荷下降（动载荷和加速度的平方成正比）。异相型曲柄式抽油机结构简图二、有杆泵抽油设备的选用②平衡重中心线与曲柄中心线之间有一相位角τ（2～3°），曲柄始终为顺时针旋转，曲柄平衡重产生的扭矩总是滞后于悬点载荷产生的扭矩一个相位角，因此叠加，减速器扭矩曲线变化平缓，比常规抽油机平衡效果好，平衡后产生的扭矩曲线比常规机均匀因此与常规机相比节电率10～15%之间。异相型曲柄式抽油机与常规机扭矩曲线比较二、有杆泵抽油设备的选用一是这种抽油机连杆受力比常规机大，曲柄销容易发生故障；二是抽油机必须顺时针旋转（驴头在右侧），否则不起节能作用。使用这种抽油机需要注意：二、有杆泵抽油设备的选用（3）调径变矩抽油机（变矩平衡型）二、有杆泵抽油设备的选用调径变矩抽油机主要具有以下特点：（1）具有前置式抽油机的特点，上冲程时间较长，悬点运动加速度较小，因而悬点動载荷较小；（2）由于调径变矩型抽油机将游梁平衡重下偏了一个角度，游梁平衡重重心与游梁回转中心构成的力臂长度随悬点运动位置不同而变化，因而游梁平衡重作用到曲柄上的扭矩大小随游梁摆角的改变而变化。另外，还可以增大或减小游梁平衡力臂的变化范围（调径销越小，游梁平衡力臂的变化范围越大），更好的适应不同油井的生产情况，使抽油机处于较好的动态平衡状态。二、有杆泵抽油设备的选用二、有杆泵抽油设备的选用（4）异相曲柄复合平衡抽油机在游梁尾部增设一套向下偏移一个角度的游梁平衡装置。运行中，游梁平衡装置的重心与游梁回转中心构成的力臂可变，利用这一可变平衡力矩与曲柄平衡系统叠加后产生复合平衡，可以削减减速箱峰值扭矩，使净扭矩波动平稳，消除负扭矩，达到节能效果。二、有杆泵抽油设备的选用（5）其它游梁式抽油机近几年，国内各生产厂家先后推出了弯梁变矩、下偏杠铃游梁、双驴头等多种新型节能抽油机，其节能机理基本可分为两大类，即‘慢提快放型’和‘变矩平衡型’，或这两种基本型的叠加。弯梁变矩抽油机下偏杠铃抽油机二、有杆泵抽油设备的选用（6）抽油机拖动装置游梁式抽油机大多数以异步电动机作为动力。游梁式抽油机拖动装置普遍存在‘大马拉小车’的现象，造成这种现象原因主要有以下几点：二、有杆泵抽油设备的选用①游梁式抽油机转动惯量大，而且是带负载启动，启动时需要大的启动转矩，启动电流是运行电流的4～6倍，同时为了防止井下发生卡阻等故障时电机过载，因此对电动机的功率需求大；②游梁式抽油机负载是周期性变化的，并且最小、最大负载差距大，因而驱动电机的电流也是周期性变化的，抽油机平衡性越差，电机输出功率波动越大，对电动机额定功率的需求就越高；二、有杆泵抽油设备的选用二、有杆泵抽油设备的选用③一台游梁式抽油机使用周期很长，在使用周期内，由于油井生产动态变化，例如油井增大泵径或加深泵挂都会使电动机的功率需求增大，较合理的作法是根据不同的需求更换电动机，但在实际生产中难以做到，因此都是按抽油机需要的最大功率进行匹配的。这样就出现了常说的大马拉小车的现象。二、有杆泵抽油设备的选用1、常规差转率电动机常规差转率电动机也称为Y系列电机，这种电动机在额定工况下转差率小于5%，当抽油机载荷发生变化时，转子转速变化很小，一般可以看作硬特性电机，目前长庆油田广泛使用。这种电动机的优点是价格低廉，缺点：一是启动转矩小，为了保证抽油机启动，需要配备较大功率的电机；二是当抽油机处于轻载运行时，电机运行效率低。几种常用电机特点：二、有杆泵抽油设备的选用2、高转差电机这种电机通过增加转子的电阻率提高转差率和电机的启动转矩。这种电机和Y系列电机比较，其主要特点是当电机在重负荷时速度下降，电机转矩增加；当电机在轻负荷时速度上升，电机转矩减小，速度变化范围在12%（高转差电机）～20%（超高转差电机）。二、有杆泵抽油设备的选用高转差电机与Y系列电机转速与转矩比较二、有杆泵抽油设备的选用3、永磁电机永磁电动机属于同步电动机，转差率为零。这种电机是将稀土永磁材料钕铁硼做成的永磁磁钢嵌装在电机的转子中，形成固定的磁场，在定子线圈通入电流后，转子中的磁场随着定子线圈中旋转磁场的旋转而同步旋转，从而带动转子转动。二、有杆泵抽油设备的选用优点：永磁电机无功消耗小，运行效率比