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采油技术设备引言采油是石油工业上游中继钻井之后的工作流程。
在油田开发过程中由于油层自身特点不同，所用的采油方法、采油设备也不同。
而在采油过程中采油设备起到了致关重要的作用。
本文就针对采油设备及相关方面内容进行介绍。
采油法及与之对应的设备一、自喷采油机设备自喷采油：油层物性好、压力高的油井，油气可自喷到地表。
二、自喷原理自喷井的四种流动过程1、渗流：从油层流到井底，流体在多孔介质中渗虑。
如果井底的压力大于油的饱和压力，为单向渗流；如果井底的压力小于油的饱和压力，为多向（混气）渗流。
2、垂直管流：从井底流到井口，流体在油管中上升，一般在油管某断裂处压力已低于油的饱和压力，故属于单项流或多项流。
3、嘴流：通过控制自喷井产量的油嘴，一般流速较高。
4、水平管流：沿地面管线流到转油站，一般为多相管流。
四种流动过程是互相联系、制约的，是一个统一的动力学系统。
对于某一油层，在一定的开采阶段，油层压力稳定于某一数值不变，这时油井压力变大，油井的产量就会减少；油井压力变小，油井的产量就会增加。
可见，在油层渗流阶段，井底压力是阻力，而对于垂直管流阶段，井底压力是把油气举出地面的动力。
井口油管压力对于垂直管流是阻力，而对嘴流是动力。
垂直管流中能量的来源与消耗1、单向垂直管流的能量的来源是井底流动压力，能量消耗在克服井深的液柱压力，及液体从井底流到井口过程中垂直管壁之间的摩擦力。
2、多向垂直管流的能量的来源：1、进入井底的液气所具有的压力（流压）；2、随同油流进入井底的自由气及举升过程中从油中分离出来的天然气所表现的气体膨胀能，能量消耗：1、气体作用于液体上，垂直的推举液体上升，2、气体与液体之间的摩擦作用，携带液体上升。
三、基本设备1、井口设备(1)套管头：在井口装置的下端，作用连接井内各层套管并密封套管间的环形空间。
(2)油管头：装在套管头的上面，包括油管悬挂器和套管四通。
油管悬挂器作用是悬挂油管管柱，密封油管与油层套管间的环形空间；套管四通作用是正反循环洗井，观察套管压力以及通过油套环形空间进行各项作业。
各种机械采油方式的比较一、有杆泵1、有杆泵抽油系统的主要优点：（1）多数油田和操作人员都熟悉，有杆泵的安装和操作较熟练；（2）排量范围较好，各种配件齐全，服务及维修方便。
2、有杆泵抽油系统的缺点：（1）各种杆式泵的排量都受油管尺寸和泵挂深度的限制，若油井油气比高、出砂、结蜡或流体中含硫化物或其他腐蚀性物质，深井泵容积效率要降低；（2）抽油杆柱在油管中的磨损将损坏油管，增加了维修作业费用。
二、电潜泵电潜泵是将电动机和泵一起下入油井内液面以下进行抽油的井下采油设备。
地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。
1、电潜泵举升方式的主要优点：(1) 排量大；(2) 操作简单，管理方便；(3) 能够较好地运用于斜井、水平井以及海上采油；(4) 在防蜡方面有一定的作用。
2、电潜泵举升方式的主要缺点：(1) 下入深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等的限制；(2) 比较昂贵，初期投资高；(3) 作业费用高和停产时间过长；(4) 电机、电缆易出现故障；(5) 日常维护要求高。
3、影响电泵工作特性的因素分析（1）含气液体对电泵工作特性的影响扬程、排量及效率下降；游离气体过多时，叶轮流道的大部分空间被气体占据，将会使离心泵停止排液。
（2）液体粘度对电泵工作特性的影响液体粘度大使得泵的举升功率增加；同时泵的扬程、排量和效率也有所下降；油水乳状液含水率(粘度)对电泵的影响。
（3）温度对电泵工作特性的影响流体温度对电机和电缆的绝缘程度有较大的影响；流体温度高需要选择耐温等级高的电机和电缆，增加采油成本。
（4）砂、蜡等对电泵工作特性的影响电泵生产要求含砂小于0.05%；含砂后，泵叶轮磨损，排量下降；蜡沉积堵塞叶导轮流道，井液阻力增加。
泵排量下降；电机负荷增加，严重时过载停机。
（5）其它如沉没度、井下压力等与气体影响有关。
三、螺杆泵1、螺杆泵采油系统的优越性：(1)节省一次投资，螺杆泵与电动潜油泵、水里活塞泵和油梁式(链条式)抽油机相比，由于其结构简单，所以价格低；(2)地面装置结构简单，安装方便；(3)泵效高、节能、管理费用低；(4)适应粘度范围广，可以举升稠油；(5)使用高含砂井；(6)适应高含气井；(7)适用于海上油田丛式井组和水平井，螺杆泵可下在斜直井段，而且设备占地面积小，因此适合海上油田丛式井组甚至水平井的采油井使用；(8)允许井口油较高回压；(9)当发动机或电动机停转时，在某些情况下，砂沉积在泵的上部。
人工举升方式对比人工举升是在地层的天然能量不足以维持自喷生产或者虽然可以自喷生产，但是产量达不到要求时，在井筒中下入机械设备对流体做功，使流体能流到地面的工艺流程。
目前在油气田开发中常用的举升方式有：有杆泵采油和无杆泵采油，有杆泵细分为游梁式抽油机和螺杆泵，无杆泵采油分为电潜泵举升、水力活塞泵采油和水力射流泵采油等。
以下将对抽油机、螺杆泵以及电潜泵的优缺点、适用条件、应用现状进行对比。
一、工作原理对比1.抽油机有杆泵采油是以地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体的举升方式。
抽油机是最常见的有杆泵采油，它的悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。
工作原理：动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。
曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。
挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。
2.螺杆泵地面驱动螺杆泵是以井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵的采油方式。
工作原理：流体沿着螺杆泵的全长，在转子外表面与定子橡胶衬套内表面间形成多个密封腔室。
随着转子的转动，在吸入端转子与定子橡胶衬套内表面间会不断形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，油液在吸入端压差的作用下被吸入，并由吸入端推挤到排出端，压力不断升高，流量非常均匀。
螺杆泵工作的过程本质上也就是密封腔室不断形成、推移和消失的过程。
3.电潜泵电潜泵地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。
电潜泵采油装置主要由三部分组成：由潜油电机、保护器、分离器和多级离心泵组成的井下机组部分、电力传输部分以及由控制屏、变压器和接线盒组成的地面控制部分。
工作原理：电机带动泵轴上的叶轮告诉旋转时，叶轮内液体的每一质点受离心力作用，从叶轮中心沿叶片间的流道被甩向叶轮四周，液体压力和速度同时增加，经过导流道被引向上一级叶轮，这样逐级经过所有的叶轮，使液体能逐级增加，最后获得一定的压头，将流体举升至地面。
有杆采油装备与无杆采油装备概述及对比
人类有着1600年左右的石油开采历史，直到1848年俄国工程师F.N. Semyenov在巴库东北方的Aspheron半岛开采了第一口现代油井后，人类才步入了现代化的石油开采时代。
其中机械采油装备经过了一百多年的发展，逐渐形成了当今有杆采油装备和无杆采油装备两大体系。
据统计，全世界约有100万口左右的在产油井，其中使用有杆采油装备的约占到90%以上，这些有杆采油装备的驱动装置采用游梁式抽油机的约占到80%以上。
（兰石以往出口抽油机型全部为游梁式抽油机。
）
一. 机械采油装备概述
机械采油装备基本可归纳为两大类，有杆采油装备和无杆采油装备。
1.有杆采油设备：位于地面的动力设备通过一系列的机械传动带动抽油杆柱，再由抽油杆柱带动井下抽油泵活塞上、下往复运动或旋转运动，将井内原油抽至地面的采油设备。
可分为：
1) 杆式抽油泵：检泵方便，但结构复杂，制造成本较高，在相同的油管直径下允许下入的泵径较管式泵要小，适用于下泵深度较大，产量较小的油井。
该泵地面驱动装置为游梁式或非游梁式抽油机。
2）管式抽油泵：结构简单，成本低，在相同油管直径下允许下入的泵径比杆式泵大，因而排量大。
但检泵时必须拆卸油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不大，产量较高的井。
该泵地面驱动装置为游梁式或非游梁式抽油机。
3）地面驱动螺杆泵：能够输送高粘度、高含砂量的原油，适应高气油比、中等深度低产井
原油的需要，工艺简单、管理方便、低生产成本、具有高举升性能。
但螺杆泵缺点为油井抽油杆易断脱、油管漏失、结蜡严重、螺杆泵定子脱落、磨损严重等故障频繁。
该泵的驱动装置为螺杆泵电机，安置在地面采油树上。
2.无杆采油设备：不用抽油杆柱传递能量，而是用电缆或高压液体传递能量的采油设备统称为无杆采油设备。
其中可细分为：
1）电泵类：
a.电动潜油离心泵：是一种井下工作的多级离心泵，排量大、操作简单、管理方便、在防蜡方面有一定作用。
在有些高凝油、稠油情况下还需要加装一套原油稀释系统，由稀释管线向井下油层注入稀释液。
该泵驱动装置是电机，与泵成一体结构，由电缆给电机供电。
b.电动潜油螺杆泵：具有地面螺杆泵的优点和工作范围，又避免了地面驱动螺杆泵的缺点，驱动电机与泵为一体，下放至井下，由电缆给电机供电。
c.电动潜油往复泵：由直线电机驱动柱塞往复运动，从而将原油提升至地面。
优点与有杆系统的管式抽油泵相同。
驱动电机与泵为一体，下放至井下，由电缆给电机供电。
以上三种电动潜油泵有着共同的缺点，即电机均在井下，下泵深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等限制，工作环境非常恶劣（高温、强腐蚀），设备比较昂贵、初期投资高，作业费用高、电机电缆易出现故障、日常维护要求高。
电机工作电压等级达到了1140V，地面变配电设备投资较高。
2）水力泵类：
a.水利活塞泵：由地面动力泵将动力液增压后经油管或专用通道泵入井下，驱动马达做上下往复运动，来帮助井下柱塞泵抽油。
对高气油比、出砂、高凝油、含蜡、稠油、深井、斜井及水平井具有较强的适应性。
优点是可任意调节排量，起下泵可不起油管，操作和管理方便。
泵效率可达85%以上。
缺点是地面要多建一条高压管线,动力液要处理,增加了建井和管理成本。
b.水力射流泵：是利用射流原理将注入井内的高压动力液的能量传递给井下油层并将原油带出地面。
射流泵没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大，对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。
缺点是射流泵的效率远低于容积式泵的效率，地面要多建一条高压管线,动力液要处理,增加了建井和管理成本。
3.其他采油设备：近些年出现了一种新型智能提捞式抽油机。
该设备由地面智能抽油主机、柔性抽油杆、无缝对接油管、井下抽油器组成。
地面智能主机系统由电动滚筒及智能控制系统构成，柔性抽油杆为特殊封装工艺的复合钢丝绳，井下抽油器为软柱塞式结构，配备液位测量传感器。
实际工作过程中，油管作为泵筒，地面主机将电机动力通过滚筒、钢丝绳传递给软柱塞，使其在油管内进行往复运动，将井底液体提升至井口直接进入集输流程。
地面控制系统可
以根据井况随时设定井下抽吸深度距离及上下工作界面，通过液位传感器自动判断液面情况，满足工作条件即完成一次抽吸，否则不动作，克服了传统抽油机供液不足情况下“空抽”难题，节能效果明显，有效提高油井提高采收率。
该设备适用于供液能力差、产量低、能耗高、设备负载率低的低产油井。
因此设备刚出现不久，还没有发现投放市场使用，所以这种设备的稳定性还待实际使用过程的检验。
二. 机械采油设备优缺点分析
经过前文所述各种设备的适用范围和优缺点，经过分析比较可以看出：
1.有杆采油装备：优点是适用范围广，井深井浅、稠油稀油均可正常工作，运行可靠，维护费用较低，地面驱动设备多为抽油机，运行稳定，停机检修频率低，维护成本低，电力和油井自产天然气均可作为抽油机的动力能源。
能可靠建设成无人值守油井，稳定产出原油。
仅需定期巡检即可。
缺点是地面驱动装置比较庞大，钢材消耗量大，能源利用率较低。
2.无杆采油装备：优点是电泵和水力泵的产量大，缺点是电泵均安置在井下，工作环境恶劣，运行故障率高，线缆容易受损，停机检修频率高，地面高压供电设备成本较高。
水力泵产出液含水高，且地面高压动力液的产出设备建设投资和维护管理费用高，设备定期巡检频率高。
经过广大油田开发者一百多年的生产实践产生了一个基本统一的观念，就是有杆系统和游梁式抽油机的组合工作运行稳定、产出原油稳定、人工成本低廉、无需过多操心，所以才有了全世界近90%的采油装备为有杆采油这个现实。
