[科普中國(guó)]-機(jī)械采油

介紹

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

機(jī)械采油可分為氣舉采油法和深井泵采油法。目前，國(guó)內(nèi)外機(jī)械采油裝置主要分有桿泵和無(wú)桿泵兩大類。有桿泵地面動(dòng)力設(shè)備帶動(dòng)抽油機(jī)，并通過(guò)抽油桿帶動(dòng)深井泵。無(wú)桿泵不借助抽油桿來(lái)傳遞動(dòng)力的抽油設(shè)備。目前無(wú)桿泵的種類很多，如水力活塞泵、電動(dòng)潛油離心泵、射流泵、振動(dòng)泵、螺桿泵等。目前應(yīng)用最廣泛的還是游梁式抽油機(jī)深井泵裝置。因?yàn)榇搜b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(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)以及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，成為目前最主要的機(jī)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(jī)、抽油桿和抽油泵“三抽”設(shè)備組成。其工作過(guò)程是：由動(dòng)力機(jī)經(jīng)傳動(dòng)皮帶將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給減速箱，經(jīng)三軸二級(jí)減速后，再由曲柄連桿機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橛瘟旱纳?、下擺動(dòng)，掛在驢頭上的懸繩器通過(guò)抽油桿帶動(dòng)抽油泵柱塞做上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而將原油抽汲到地面。

（1）抽油機(jī)

抽油機(jī)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(jī)和無(wú)游梁式抽油機(jī)。
游梁式抽油機(jī)是通過(guò)游梁和曲柄連桿機(jī)構(gòu)將曲柄的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)轶H頭的上、下擺動(dòng)。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(jī)是目前礦場(chǎng)上使用最為普遍的抽油機(jī)，其特點(diǎn)是支架在驢頭和曲柄連桿之間，上、下沖程時(shí)間相等。前置型游梁式抽油機(jī)的減速箱在支架的前面，縮短了游梁的長(zhǎng)度，使得抽油機(jī)的規(guī)格尺寸大為減少，并且由于支點(diǎn)前移，使上、下沖程時(shí)間不等。為提高沖程、節(jié)約能源及改善抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)特性和受力狀態(tài)，國(guó)內(nèi)外還出現(xiàn)了許多變形抽油機(jī)，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(jī)。

為減輕抽油機(jī)重量，擴(kuò)大設(shè)備的使用范圍以及改善其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，國(guó)內(nèi)外研制了許多不同類型的無(wú)游梁式抽油機(jī)。其特點(diǎn)多為長(zhǎng)沖程低沖次，適合于深井和稠油井采油。目前，無(wú)游梁式抽油機(jī)主要有：鏈條式、增距式和寬帶式抽油機(jī)。
（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(dòng)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(duì)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(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、成本低、直徑小，有利于在油管中上下運(yùn)動(dòng)。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(diǎn)是：耐腐蝕，有利于延長(zhǎng)壽命；重量輕，有利于降低抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷和節(jié)約能量；彈性模量小，可實(shí)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(guò)空心通道向井內(nèi)添加化學(xué)藥劑。適用于高含蠟、高凝固點(diǎn)的稠油井。

優(yōu)點(diǎn)(1)其設(shè)計(jì)方法及設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便，操作和搬遷容易，對(duì)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(dāng)油井的產(chǎn)能變化時(shí)，能通過(guò)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(jìn)行各種地面和井下測(cè)試，可及時(shí)準(zhǔn)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(shí)也比較容易處理井下結(jié)蠟、結(jié)垢和腐蝕等問(wèn)題。

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

(2)當(dāng)井液含砂和其它固體顆粒較多時(shí)，極易出現(xiàn)卡泵。另外在油氣比過(guò)高時(shí)，排氣會(huì)使泵效降低，甚至?xí)贡冒l(fā)生“氣鎖”而失效。
(3)下泵深度受抽油桿強(qiáng)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(dāng)泵下到一定深度后，泵就會(huì)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(guò)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?xiàng)l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(lái)防蠟和防腐。

無(wú)桿泵采油無(wú)桿泵采油是不借助抽油桿來(lái)傳遞動(dòng)力的抽油設(shè)備。目前無(wú)桿泵的種類很多，如水力活塞泵、電動(dòng)潛油離心泵、射流泵、振動(dòng)泵、螺桿泵等。目前應(yīng)用最廣泛的還是游梁式抽油機(jī)深井泵裝置。因?yàn)榇搜b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(dòng)潛油離心泵(簡(jiǎn)稱電泵)。它以排量大、自動(dòng)化程度高等顯著的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于原油生產(chǎn)中，是目前重要的機(jī)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(jí)離心泵、油氣分離器、潛油電機(jī)和保護(hù)器。上述三部分的核心是潛油電機(jī)、保護(hù)氣、油氣分離器、多級(jí)離心泵、潛油電纜、控制屏和變壓器七大部件。工作時(shí)，地面電源通過(guò)變壓器變?yōu)殡姍C(jī)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(jī)，使電機(jī)帶動(dòng)離心泵旋轉(zhuǎn)，把井液通過(guò)分離器抽入泵內(nèi)，經(jīng)泵的液體由泵的葉輪逐級(jí)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(dòng)的無(wú)桿抽油設(shè)備，它是由地面動(dòng)力泵通過(guò)油管將動(dòng)力液送到井下驅(qū)動(dòng)油缸和換向閥，從而帶動(dòng)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(jī)組，它由液動(dòng)機(jī)、水力活塞泵和滑閥控制機(jī)構(gòu)三個(gè)部件組成，起著抽油的主要作用；地面部分由地面動(dòng)力泵、各種控制閥及動(dòng)力液處理設(shè)備等組成，起著供給和處理動(dòng)力液的作用；中間部分有中心動(dòng)力油管以及提供原油和工作過(guò)的乏動(dòng)力液一起返回到地面的專門通道。

工作時(shí)候，動(dòng)力液過(guò)濾后經(jīng)動(dòng)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(dòng)井下機(jī)組中的往復(fù)式液動(dòng)機(jī)工作。液動(dòng)機(jī)通過(guò)活塞帶動(dòng)抽油泵的柱塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使泵不斷地抽取原油。經(jīng)液動(dòng)機(jī)工作后的乏動(dòng)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(guò)井口四通閥，流入油氣分離器進(jìn)行油氣分離。分離出的氣體排走，油則流回儲(chǔ)罐。一部分油送到集油站，另一部分油濾清后再進(jìn)入地面動(dòng)力泵作動(dòng)力液使用。

螺桿泵采油螺桿泵是一種利用抽油桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行抽油的人工舉升采油方法。自1930年發(fā)明螺桿泵以來(lái)，螺桿泵技術(shù)工藝不斷改進(jìn)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(yùn)動(dòng)的結(jié)果。轉(zhuǎn)子和定子就位后，形成了一個(gè)個(gè)互不連通的封閉腔。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，封閉腔沿軸線方向由吸入端向排出端方向運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)由吸入端均勻地推擠到排出端，同時(shí)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(yùn)動(dòng)、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(guò)油管舉升到井口。由于螺桿泵設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，沒(méi)有閥的磨損，不會(huì)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(jìn)氣的連續(xù)性，氣舉可分為連續(xù)氣舉與間歇?dú)馀e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?dú)馀e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?dú)馀e時(shí)，地面一般要配套使用間歇?dú)馀e控制器(時(shí)間—周期控制器)。間歇?dú)馀e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(diǎn)(1)靈活性高。氣舉采油的井口、井下設(shè)備比較簡(jiǎn)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(jì)得當(dāng)，通過(guò)氣舉，產(chǎn)量也許能達(dá)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(jìn)行有效的生產(chǎn)。

(2)適應(yīng)性強(qiáng)。特別是對(duì)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(jìn)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(jī)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