[科普中國]-機械采油

介紹

當油層的能量不足以維持自噴時，則必須人為地從地面補充能量，才能把原油舉升出井口。如果補充能量的方式是用機械能量把油采出地面，就稱為機械采油。

機械采油可分為氣舉采油法和深井泵采油法。目前，國內(nèi)外機械采油裝置主要分有桿泵和無桿泵兩大類。有桿泵地面動力設(shè)備帶動抽油機，并通過抽油桿帶動深井泵。無桿泵不借助抽油桿來傳遞動力的抽油設(shè)備。目前無桿泵的種類很多，如水力活塞泵、電動潛油離心泵、射流泵、振動泵、螺桿泵等。目前應(yīng)用最廣泛的還是游梁式抽油機深井泵裝置。因為此裝置結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)久耐用、管理方便、適用范圍廣。

有桿泵采油有桿泵采油是指游梁式有桿泵采油方法，該方法以其結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強以及壽命長等特點，成為目前最主要的機械采油方法。

設(shè)備游梁式有桿泵采油系統(tǒng)主要由抽油機、抽油桿和抽油泵“三抽”設(shè)備組成。其工作過程是：由動力機經(jīng)傳動皮帶將高速旋轉(zhuǎn)運動傳遞給減速箱，經(jīng)三軸二級減速后，再由曲柄連桿機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橛瘟旱纳?、下擺動，掛在驢頭上的懸繩器通過抽油桿帶動抽油泵柱塞做上、下往復(fù)運動，從而將原油抽汲到地面。

（1）抽油機

抽油機是有桿泵采油的主要地面設(shè)備，按是否有游梁，可將其分為游梁式抽油機和無游梁式抽油機。
游梁式抽油機是通過游梁和曲柄連桿機構(gòu)將曲柄的圓周運動轉(zhuǎn)變?yōu)轶H頭的上、下擺動。按結(jié)構(gòu)不同可將其分為常規(guī)型和前置型兩類。常規(guī)型游梁式抽油機是目前礦場上使用最為普遍的抽油機，其特點是支架在驢頭和曲柄連桿之間，上、下沖程時間相等。前置型游梁式抽油機的減速箱在支架的前面，縮短了游梁的長度，使得抽油機的規(guī)格尺寸大為減少，并且由于支點前移，使上、下沖程時間不等。為提高沖程、節(jié)約能源及改善抽油機的結(jié)構(gòu)特性和受力狀態(tài)，國內(nèi)外還出現(xiàn)了許多變形抽油機，如異相型、旋轉(zhuǎn)驢頭式、大輪式以及六桿式雙游梁等抽油機。

為減輕抽油機重量，擴大設(shè)備的使用范圍以及改善其技術(shù)經(jīng)濟指標，國內(nèi)外研制了許多不同類型的無游梁式抽油機。其特點多為長沖程低沖次，適合于深井和稠油井采油。目前，無游梁式抽油機主要有：鏈條式、增距式和寬帶式抽油機。
（2）抽油泵
抽油泵是有桿泵抽油系統(tǒng)中的主要設(shè)備，主要由工作筒(外筒和襯套)、活(柱)塞及閥(游動閥和固定閥)組成。抽油泵按其結(jié)構(gòu)不同可分為管式泵和桿式泵。管式泵適用于下泵深度不大、產(chǎn)量較高的井。桿式泵適用于下泵深度較大，但產(chǎn)量較低的井。

由于井液性質(zhì)的復(fù)雜性，對泵往往有特殊要求，因此，從用途上又可將抽油泵分為常規(guī)泵和特種泵。特種泵主要有防沙泵、防氣泵、抽稠油泵、分抽混出泵和雙作用泵以及各種組合泵等。
（3）光桿和抽油桿

光桿主要用于連接驢頭鋼絲繩與井下抽油桿，并同井口密封盒配合密封井口。常用的抽油桿主要有普通抽油桿、玻璃纖維抽油桿和空心抽油桿三種。普通抽油桿的特點：機構(gòu)簡單、制造容易、成本低、直徑小，有利于在油管中上下運動。因此，它主要用于常規(guī)有桿泵抽油方式。玻璃纖維抽油桿的特點是：耐腐蝕，有利于延長壽命；重量輕，有利于降低抽油機懸點載荷和節(jié)約能量；彈性模量小，可實現(xiàn)超沖程，有利于提高泵效?？招某橛蜅U由空心圓管制成，成本較高，它可用于熱油循環(huán)和熱電纜加熱等特殊抽油工藝，也可以通過空心通道向井內(nèi)添加化學藥劑。適用于高含蠟、高凝固點的稠油井。

優(yōu)點(1)其設(shè)計方法及設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，管理方便，操作和搬遷容易，對一般油井都比較適用。并可用于小井眼油井和分層開采的油井，可把油井開采至非常低的壓力。

(2)通常采取自然排氣，因此有利于天然氣從井內(nèi)排出，比較容易消除氣體影響。

(3)具有較大的靈活性，當油井的產(chǎn)能變化時，能通過調(diào)節(jié)泵徑和其它工作參數(shù)，使泵的排量同油井的產(chǎn)能相適應(yīng)。
(4)能方便地進行各種地面和井下測試，可及時準確地分析地面和井下設(shè)備的工作狀況。
(5)適用于開采高粘原油，同時也比較容易處理井下結(jié)蠟、結(jié)垢和腐蝕等問題。

缺點(1)在井身彎曲的油井中往往產(chǎn)生嚴重磨損，使抽油桿和油管的損壞頻率升高，因此會影響油井的正常生產(chǎn)，同時使采油成本增加。

(2)當井液含砂和其它固體顆粒較多時，極易出現(xiàn)卡泵。另外在油氣比過高時，排氣會使泵效降低，甚至會使泵發(fā)生“氣鎖”而失效。
(3)下泵深度受抽油桿強度的限制，并且隨著下泵深度的增加，泵效很快下降，事故頻率也隨之升高。當泵下到一定深度后，泵就會完全失效。
(4)設(shè)備體積較大，在市區(qū)使用引人注目，在海上油井上使用顯得過于笨重。電源必須架設(shè)到井口，因此不宜在沼澤、水網(wǎng)等地理條件比較復(fù)雜的地區(qū)使用。
(5)極易受結(jié)蠟的影響，而且還不能采用涂料油管來防蠟和防腐。

無桿泵采油無桿泵采油是不借助抽油桿來傳遞動力的抽油設(shè)備。目前無桿泵的種類很多，如水力活塞泵、電動潛油離心泵、射流泵、振動泵、螺桿泵等。目前應(yīng)用最廣泛的還是游梁式抽油機深井泵裝置。因為此裝置結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)久耐用、管理方便、適用范圍廣。

潛油電泵潛油電泵的全稱是電動潛油離心泵(簡稱電泵)。它以排量大、自動化程度高等顯著的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于原油生產(chǎn)中，是目前重要的機械采油方法之一。

典型的潛油電泵井系統(tǒng)主要由三部分組成：(1)地面部分，包括變壓器、控制屏、接線盒和特殊井口裝置等。(2)中間部分，主要有油管和電纜。(3)井下部分，包括多級離心泵、油氣分離器、潛油電機和保護器。上述三部分的核心是潛油電機、保護氣、油氣分離器、多級離心泵、潛油電纜、控制屏和變壓器七大部件。工作時，地面電源通過變壓器變?yōu)殡姍C所需要的工作電壓，輸入到控制屏內(nèi)，然后經(jīng)由電纜將電能傳給井下電機，使電機帶動離心泵旋轉(zhuǎn)，把井液通過分離器抽入泵內(nèi)，經(jīng)泵的液體由泵的葉輪逐級增壓，經(jīng)油管舉升到地面。

水力活塞泵水力活塞泵是一種液壓傳動的無桿抽油設(shè)備，它是由地面動力泵通過油管將動力液送到井下驅(qū)動油缸和換向閥，從而帶動抽油泵抽油工作的一種人工舉升采油設(shè)備。

水力活塞泵系統(tǒng)由三部分組成：井下、地面和中間部分。井下部分是水力活塞泵的主要機組，它由液動機、水力活塞泵和滑閥控制機構(gòu)三個部件組成，起著抽油的主要作用；地面部分由地面動力泵、各種控制閥及動力液處理設(shè)備等組成，起著供給和處理動力液的作用；中間部分有中心動力油管以及提供原油和工作過的乏動力液一起返回到地面的專門通道。

工作時候，動力液過濾后經(jīng)動力泵加壓，在經(jīng)排出管線及井口四通閥，沿中心油管送入井下，驅(qū)動井下機組中的往復(fù)式液動機工作。液動機通過活塞帶動抽油泵的柱塞做往復(fù)運動，使泵不斷地抽取原油。經(jīng)液動機工作后的乏動力液和抽取的原油一起，從油管的環(huán)形空間排回到地面，在通過井口四通閥，流入油氣分離器進行油氣分離。分離出的氣體排走，油則流回儲罐。一部分油送到集油站，另一部分油濾清后再進入地面動力泵作動力液使用。

螺桿泵采油螺桿泵是一種利用抽油桿旋轉(zhuǎn)運動進行抽油的人工舉升采油方法。自1930年發(fā)明螺桿泵以來，螺桿泵技術(shù)工藝不斷改進和完善，特別是合成橡膠技術(shù)和黏結(jié)技術(shù)的發(fā)展，使螺桿泵在石油開采中已得到了廣泛的應(yīng)用。目前
在采用聚合物驅(qū)油的油田中，螺桿泵己成為常用的人工舉升方法。

螺桿泵是依靠空腔排油即轉(zhuǎn)子在泵筒(定子)中做行星運動的結(jié)果。轉(zhuǎn)子和定子就位后，形成了一個個互不連通的封閉腔。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，封閉腔沿軸線方向由吸入端向排出端方向運動，封閉腔在排出端消失，其中在空腔內(nèi)所充滿的液體也就隨著它的運動由吸入端均勻地推擠到排出端，同時又在吸入端重新形成新的低壓空封閉腔，將液體吸入。這樣封閉腔不斷地形成、運動、消失，液體也不斷地充滿、擠壓、排出，把井中的原油不斷地吸入，通過油管舉升到井口。由于螺桿泵設(shè)計簡單，沒有閥的磨損，不會由于砂子、鹽、蠟或其它影響因素而阻塞。

氣舉采油原理氣舉是一種人為地把氣體(天然氣或空氣)壓入井內(nèi)使井下液流舉升到地面的的方法。按進氣的連續(xù)性，氣舉可分為連續(xù)氣舉與間歇氣舉兩大類。

連續(xù)氣舉是將高壓氣體連續(xù)地注入井內(nèi)，使其和地層流入井底的流體一同連續(xù)從井口噴出的氣舉方式，它適用與采油指數(shù)高和因井深造成井底壓力較高的井。

間歇氣舉是將高壓氣間歇的注入井中，將地層流入井底的流體周期性地舉升到地面的氣舉方式。間歇氣舉時，地面一般要配套使用間歇氣舉控制器(時間—周期控制器)。間歇氣舉既可用于地產(chǎn)井，也可用于采油指數(shù)高、
井底壓力低，或者采油指數(shù)與井底壓力都低的井。

特點(1)靈活性高。氣舉采油的井口、井下設(shè)備比較簡單，管理調(diào)節(jié)方便，產(chǎn)量具有較大的靈活性。若一口井設(shè)計得當，通過氣舉，產(chǎn)量也許能達到1000桶/日，或僅僅只有50桶/日。這樣只需要一種裝置，就可以按照不同的生產(chǎn)需求進行有效的生產(chǎn)。

(2)適應(yīng)性強。特別是對于海上采油、深井、斜井、井中含沙、水、氣較多和含有腐蝕性成分而不適宜用泵進行舉升的油井，都可以采用氣舉采油法，在新井誘導(dǎo)油流及作業(yè)井的排液方面氣舉也有其優(yōu)越性。

(3)故障率低。氣舉井的事故率低，在所有人工舉升中是最低的21%。
(4)投資大，使用受限制。氣舉裝置采油需要壓縮機站及大量高壓管線，地面設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，投資大，且氣體能量利用率低，需要大量的天然氣，因此使用受到限制。2