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威德福为抽油机发展指明新方向

威德福为抽油机发展指明新方向

纵观历史,绝大多数人工举升系统都已在开采常规油气的直井中取得了长足的发展。然而过去几十年里,由于在常规和非常规油气开采中水平井、斜井以及S型井的出现,人工举升方法的应用发生了巨大的变化。尤其是抽油机,在斜井中,由于抽油机井下设备和油管磨损的加剧,其在斜井中的应用受到了巨大的挑战。井下人工举升设备与油管之间的摩擦会造成油管磨损,甚至出现漏洞,而这将会造成生产滞后、成本上升等问题,同时所需的修理工作和设备替换也会浪费大量的时间。

量身定制的斜井抽油机系统

油服公司为克服上述困难、解决人工举升系统在斜井应用中存在的特殊问题,尝试了多种改进的人工举升方案。往复式抽油机(RRL)已在常规油气生产井中取得了广泛应用,在非常油气规领域也逐渐受到了重视。在常规生产井中,往复式抽油机利用通过抽油杆柱联结的地面动力装置与井下抽油泵将流体举升到地面。

常规抽油机系统采用的抽油杆柱是由不同的部件构成的,通过螺纹连接的方式组合在一起。常规抽油杆柱每25~30ft就需要一个接头,将杆柱两部分连接在一起。在通常情况下,抽油杆柱的数量甚至达到几百个,这些抽油杆的联结需要耗费大量的作业时间。

连续抽油杆式抽油机采用一根连续的抽油杆,抽油杆无需螺纹链接,抽油杆整体无接箍存在,目前该设备已逐步在往复式抽油机和螺杆泵应用中替代常规抽油杆。在很多采油应用中,连续抽油杆是一种经济有效的常规抽油杆替代品,主要原因就是连续抽油杆安装过程中无需联结。连续杆只需要两个螺纹接头,分别在杆柱顶部和底部,显著地促进了其应用发展。

除了节约抽油杆联结时间外,连续抽油杆也更加稳定,传统抽油杆柱中每多一个杆柱联结点就增加了一个杆柱可能发生失效的点。例如,杆柱之间的联结过松或过紧可能会加速其发生疲劳性失效,人工联结操作也可能造成扭矩偏差。除了稳定性差以外,常规抽油杆联结也增加了作业风险,因为在装配和拆卸过程中钻台上始终需要有两名操作人员在场。

统一的结构设计

连续抽油杆柱的突出特点就是采用了统一的结构设计,它共有三个显著的优点。首先,统一结构设计降低了抽油泵工作过程中抽油杆上下运动时油管和杆柱间的接触载荷。而常规杆柱的接箍将接触载荷都集中作用在了油管上,加剧了接触面处的磨损速率,使用连续杆则不会产生载荷集中的磨损面。相反,连续抽油杆将接触载荷均匀的作用在了整个油管上,这无疑能够显著降低油管磨损速率、延长整个系统的工作寿命,并且减少了采油期间的修理工作、延长了装置的使用寿命。

其次,采用统一结构设计增大了抽油杆柱和生产油管之间的环空间隙,降低了压力损失,无需改换地面设备就可能实现增产。同由接箍联结的常规抽油杆柱中的紊流相比,连续抽油杆更大更均匀的环形空间同样也有助于确保流体流动时保持层流状态。另外,由于不需要接头、扶正器和抽油杆导向器,这不仅提高了系统的整体效率,而且还大大降低了举升成本。

最后,采用统一结构设计后,连续杆比同等长度的抽油杆柱轻了8%。这有效降低了地面设备的载荷,使得作业人员可以将杆柱下至井更深的位置,从而提高抽油泵效。

杆柱应力降低

同常规抽油杆柱相比,使用连续杆的另外一个好处就是其能够降低应力和减少疲劳。由于接箍比抽油杆本身更坚硬,这就造成了杆柱接箍附近处弯曲应力的增大。这些接箍处出现弯曲的可能比抽油杆本身可大至10倍,而连续杆的统一化设计则确保杆柱具有与井筒相一致的曲率,使得接触载荷在井头拐弯处的分布变得更加均匀。

案例研究

连续抽油杆柱举升系统已在常规油气开采中应用了近60年,不仅减少了停产时间、更实现了增产。例如,某公司在加州2500口、拉丁美洲的1000口和加拿大2000口井中都采用了该系统。而在斜井中,该技术也应用了近50年,并且同样取得了相似高度的成就。

例如,哥伦比亚某陆上油田的井斜度较大,其中某些井最终的井斜角甚至达到了80度,并存在高气液比(GLR)、地面设备可用空间有限和附近无电源的问题。其他比较特别的油井生产条件还有:储层埋深4000~8000ft(1213~ 2438m)、含水率小于5%、产液量700bbl/d(111.3m3/d)、API值24、油井出砂低于0.1%、低粘。

该油田起初使用螺杆泵(PCP)采油,但是油井较高的气液比(GLR)为螺杆泵内弹性材料的使用带来了很多困难,比如作业过程中出现的弹性材料膨胀和较大的扭矩波动。螺杆泵在弹性材料失效前的使用寿命小于30天,这导致了冗长的设备修理时间和停井时间。

油田经营者曾经考虑用电潜泵(ESP)代替螺杆泵(PCP)。尽管电潜泵(ESP)并不受地面空间的限制、运行也良好,但是较高的初期投资成本和能源需求量降低了其经营效率,因此若在全油田进行普及并不实际。

经全油田分析,从空间有限和前期人工举升系统的使用效果来看,往复式抽油杆柱举升(RRL)系统是最好的替代性选择。一套完整的往复式抽油杆柱举升(RRL)系统包含一个水力增压装置和一个压气泵作为其主要部件。这是鉴于它们两个突出的性能:对不断变化的井况具有的较强适应性,和高气液比(GLR)条件下高效工作而不严重损害系统效率的能力。

该系统同样还包含了杆式泵控制器,可持续不间断地监控油井生产状况,连续抽油杆可有效降低由于井斜造成的管柱磨损。此外,在抽油系统中还使用了天然气分离器对泵入口处的游离气进行处理。

往复式抽油机举升(RRL)采用连续抽油杆,消除了前期人工举升方案中遇到的绝大多数故障。系统已在油田累计使用超过800天,而未出现较长时间的停井停产或维修工作。经营者们在相对较短的时间内收回了投资成本,这也促进了其在该油田的持续性发展。

像该案例的成功,极大地刺激了全球经营者们对连续杆举升系统的兴趣。同样,常规和稠油油田提高采收率技术以及非常规油气新发展也对定向井和水平井技术提出了新要求。

应用前景

在当前低油价背景下,高效、稳定、低成本的生产无疑是非常重要的,而连续抽油杆技术完全能满足运营商的这些要求。该技术在实际的应用中也证明了其应用稳定性和潜力,其在后续的应用中也必将更加广泛。

来自/威德福     译者/张强    编辑/Lemon Zhang

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