国外抽油技术的新发展_二_

!国外石油机械#国外抽油技术的新发展(二)冯耀忠(胜利石油管理局纯梁采油厂)韩炜X李光(胜利石油管理局临盘采油厂)摘要1999年,美国和加拿大石油机械制造商在螺杆泵、水力泵、气动举升及柱塞举升采油技术装备方面共取得12项研究成果。

在螺杆泵(PCP)技术方面,开发了新型PCP定子、高扭矩PCP抽油杆、地面驱动头与液压刹车系统、无漏失盘根盒及泵控制器;在水力泵技术方面,研制了水力长冲程抽油泵系统、超长冲程有杆泵系统、水力泵油管泄油器和多相泵柱塞密封装置;在气动举升和柱塞举升技术方面,推出了气动抽油系统、气动抽油机及套管柱塞系统。

对以上技术装备的原理、结构和性能特点作了简要介绍。

主题词螺杆泵水力活塞泵气动举升柱塞举升1999年,美国和加拿大等国对螺杆泵、水力泵、气动举升和柱塞举升采油装备的技术进步,给予了足够的重视,取得了12项研究成果。

下面就这些技术成果逐一作简要介绍。

1.新型螺杆泵(Progressing Cavity Pumping-PCP)定子加拿大Weatherford Artificial Lift Systems公司开发和试验了一种更/稳定0的螺杆泵(PCP)定子。

采用这种加强型定子可以提高PCP的耐久性、可靠性和适用性。

目前已有6台装有这种新型定子的泵正在进行抽稠油矿场试验,其最长运行时间已达8个月。

常规PC P定子是将弹性体插入厚壁钢管中形成双头螺旋,其缺点是螺旋最宽部位发热会导致定子过早烧毁。

新设计的PC P定子因弹性体运转时不升温,从而可改善泵的机械性能,减少因应力和定子弹性体磨损造成的故障。

另外,定子独特的厚壁弹性体可以特定的方式膨胀,因而可在腐蚀性油井中使用。

由于这种新型壁厚定子可在转子间以最小的过盈达到最佳配合,因此还具有较高的额定工作压力。

2.高扭矩PC P抽油杆加拿大Weatherford公司开发了一种高扭矩PCP 抽油杆。

这种被称作Corod DER815的新产品,代表了连续抽油杆的最新技术进步,是该公司的特有产品。

这种连续抽油杆外径为2914mm,能承受119kN#m的扭矩,可在«73mm的油管中使用。

将这种抽油杆用于深井采油时,无须增大油管直径,因此可节约成本。

另外,由于具有较好的耐磨性,这种抽油杆还可用于弯曲定向井和水平井。

3.地面驱动头与液压刹车系统美国R&M Energy Systems公司开发了一种新型PCP地面驱动头与液压刹车系统。

它包括小型地面安装驱动头、配套电动机或天然气发动机、带自动倒转制动装置的无级变速液压刹车。

装备的小型化设计更适用于笨重的常规抽油装置。

这种系统可利用井口天然气驱动发动机,因此尤其适用于边远无电力供应地区。

驱动头用法兰或销钉与井口连接,可与«32mm的光杆配用,能承受的最大轴向第28卷第11期石油机械2000年X韩炜,工程师,生于1970年,1991年毕业于西安石油学院采油工程专业,现从事科研和机械采油管理工作。

地址:(253401)山东省临邑县。

电话:(0546)8861728(办)或8869351(宅)。

第一作者冯耀忠简介见本刊2000年第7期。

(收稿日期:2000-05-11;修改稿收到日期:2000-08-31)载荷为147kN,最大抽油杆柱扭矩为117kN#m,最大功率为48kW。

4.无漏失盘根盒美国R&M Energy Syste ms公司开发了一种适用于PCP驱动头的新型盘根盒。

这种盘根盒可与现有的Moyno地面驱动装置和其它型号的驱动头配套使用。

其内部有特种/记忆0型网状绳索填料,可形成良好的密封,并能始终保持其初始外型。

与常规型密封相比,这种盘根盒极少需要维护,并且易于安装和维修。

盘根盒配有漏失探测和开关装置,以及一个外部收集容器,可消除井液漏失,防止井液污染环境。

盘根盒的密封部分可完全与驱动头的机械部分分开,当顶部驱动头的机械部分拆去修理时,盘根盒可保持井口压力。

5.泵控制器美国Case Services公司研制成功一种PCP泵控制器,可全面监控泵性能和调节泵的工作参数,从而大幅度延长泵的使用寿命,并将采油成本降至最低。

这种泵控制器可显示泵工作曲线和转速、井口压力、总排液量、地表温度和油管压力等。

用户利用这些资料和电能利用率曲线,就可确定PC P存在的问题,并预测今后可能发生的情况。

6.水力长冲程抽油泵系统美国DynaPump公司开发了一种自动化程度高、冲程长且由计算机控制的地面抽油系统,解决了与水力泵抽油有关的发热、动力消耗和适用性差等问题。

这种水力泵抽油系统具有排量大的特点,可增加油井产量和降低采油成本。

系统由抽油装置和动力装置两部分组成。

抽油装置立放在采油树上,包括一个储气罐、一个液缸和一套滑轮系统;动力装置由带无线电调制解调器的计算机控制系统、固态电子元件、电动机控制器和水力泵组成。

抽油装置现有7种不同的型号,最大抽油杆载荷为356kN,最大冲程达9114m;动力装置也有不同功率,最高为147kW。

这种长冲程抽油泵系统工作可靠,使用寿命长,且便于维修。

此外,它还具有成本低、质量轻、安装简便、可自动诊断油井或泵的运行状况、自动控制排量、匹配动力小、动力消耗少及可远距离遥控等特点。

系统中一些泵型的排量已超出世界记录,达1590m3/d。

7.超长冲程有杆泵系统将有杆泵用于空间受限区域通常比较困难,而用于斜井抽油时,由于磨损严重,费用一直很高。

在加拿大RPS公司的协助下,美国Hydraulic Rod Pumps,IntÄl.公司在世界上唯一的低矮型超长冲程有杆泵抽油机上安装了一只油管旋转器。

采用这种油管旋转器后,有杆泵便可安装在高度和空间受限的地方,如海洋平台、市区和丛式井中。

安装油管旋转器可补充冲程长度,使之达到8154m,从而延长杆管的使用寿命。

除油管旋转外,抽油杆柱也可在油管转动产生的扭矩作用下旋转。

这种旋转是通过整根光杆在液缸中自由旋转来实现的,如同举升活塞的动力液同时还起着止推轴承的作用一样。

由于现行的安装方式还不能保证杆柱不停地旋转,目前正在研制一种自由滑动的线性导向器,将它用于抽油装置上,就可保证杆柱与油管一起转动。

外形低矮的长冲程液缸装置装在油管柱内。

为了给/井下0液缸留出空间,用1节尺寸合适的套管将油管悬挂在井口,以确保管柱内有足够的液缸空间。

套管短节的底部通过油、套管转换接头与现有油管柱相连。

下入杆柱后,通过API法兰将液缸从顶部悬挂起来,使整个缸体位于管柱内法兰下方。

液缸总成由整体光杆、高压盘根盒和液流通道组成。

由于液缸直径比抽油杆柱直径大,所以标准油管旋转器与缸体的低矮结构不匹配。

为此,RPS 公司又研制了一种大直径油管旋转器,这种旋转器于1999年6月首次使用,目前仍在正常运转。

8.水力泵油管泄油器美国Weatherford Artificial Lift公司新近研制了一种水力泵井下泄油套筒,可提高井下工具的可靠性,并可节约时间和资金。

这种泄油套筒适用于«60mm和«73mm的油管,可与喷射泵和水力泵的井下工具配套,设计简单,安装和操作容易,能借助井场的水力泵地面设备移动位置。

当一口初期自喷的新井停喷后,将油管起出,下入机采系统。

此时,按工艺要求须起下两次管柱,但采用Weatherford公司的井下泄油器,只下一次管柱即可。

方法是将泄油套筒和封隔器用油管下入井内并坐封。

当泄油器处于关闭状态时,通过井下工具下入射孔枪对油层射孔。

一旦油井停喷、固定阀关闭,加在油管上的压力就会剪断销钉,使泄59第28卷第11期冯耀忠等:国外抽油技术的新发展(二)油套筒移动,此时油管与油套环空连通,水力泵通过循环进入井下工具,便可开始抽油。

这种下泵工艺不要求起出油管,也不需用钢丝绳起出泄油套筒,所有操作都利用动力液压力完成,因此可节约起油管的费用,并可增加原油产量。

9.多相泵柱塞密封装置目前在用的大多数密封填料系统的主密封填料均与泵送介质接触,并将其与大气隔离。

一旦发生漏失,介质就会漏到地面或进入空气。

美国Weath-erford Artificial Lift公司研制的Hydro-Balanced密封装置,采用一种不污染空气的阻挡液作为副密封,当主密封漏失时,阻挡液就暴露于空气中而及时报警。

多相泵柱塞采用这种密封装置密封,效果很好。

10.气动抽油系统美国Permian Produc tion Equip.,Inc.公司研制成功一种气动有杆泵系统,可利用油田的天然气能量通过杆柱带动抽油泵。

在这种抽油系统中,活塞杆通过盘根盒同抽油杆柱相连,起光杆作用。

活塞靠气体压力工作,可使天然气通过气动马达阀进入其下方的气室中。

当气室中的压力超过抽油杆柱和液柱重力时,活塞沿气缸上升。

上升结束时,活塞下的压力通过探测孔,使气动马达处于排气状态,于是杆柱重力又迫使活塞返回初始位置。

排气时气动马达阀内的压力降低,使弹簧加载阀与供气管线接通,以便开始下一冲程。

系统工作过程中,废气在抽油杆柱重力作用下进入出油管线,并与油井产液一起进入地面集油系统。

11.气动抽油机美国Marana tha Industries公司研制的一种被称作Pneulift的气动抽油机,可降低采油成本,其冲程长度为1~1198m,最大抽汲深度为2438m。

这种抽油机可在上下冲程均供能的受压状态下运转,并可保持压力平衡。

测力计试井表明,平衡良好的杆柱是谐振的,不受冲程和冲次的影响。

抽油机不需任何外部能源,就可平稳地举升原油,用后的废气均排入销售管线,没有大气污染。

气缸靠套管气、井场压缩机或多井压气站供能,供能所要求的工作压力,取决于井深、泵径和销售管线压力,一般为012~112MPa。

改变抽油机冲程和冲次,可使举升液量达24m3/d。

12.套管柱塞系统美国Multi Products Co.公司开发了一种可在不下油管的井中采油的套管柱塞系统。

使用这种采油系统可省去购买油管和其它采油设备的费用。

系统工作时,通过在地面调节润滑器与出油管之间流量孔道的孔径来控制柱塞上行速度。

当柱塞进入润滑器时,传感器发出信号,电子控制器将下部大孔道阀打开。

系统工作一段时间后,随着油井供液能力的下降,可将柱塞起出。

但在柱塞内部通道关闭前,柱塞必须与井底接触并停留在套管内。

通道关闭后,通过减小润滑器出口孔径控制柱塞上行速度,最终使柱塞返回地面。

(续完)摘译自Lea J F,et al.WhatÄs ne w in arti ficial lift.World Oil,2000,221(3):76~81(本文编校谢守平)欢迎订阅2001年度5石油化工设备6期刊5石油化工设备6期刊系经国家科委和新闻出版署共同审核批准,中国石油和石油化工设备工业协会与兰州石油机械研究所合办的全国性期刊,面向全国石油化工、炼油、化工、化肥行业以及相邻的制药、轻工、动力、机械等领域的工程技术人员、大专院校师生、经营管理人员和技术领导干部。