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本期技术概览—人工举升技术与装备

本期技术概览—人工举升技术与装备

人工举升是采油工程的关键技术环节,目前常用的举升技术满足了常规采油的需要,但同时还存在着效率低、能耗高、检泵周期短等问题。随着工况复杂化,采油成本不断上升,人工举升正朝着更加高效、节能、可靠的方向发展。

来自 | Baker Hughes等
编译 | 白矾

人工举升的作用是将油气开采至地面,是原油开采中的重要环节。随着油田进入开发中后期,人工举升的地位会越来越突出。

油井在井身结构、产量、流体性质等方面差异促进了人工举升技术的多元化发展。几十年来,已经形成了抽油机、螺杆泵、电潜泵、气举等多种举升工艺,并形成了配套的举升方式优选方法、系统分析方法及系统优化方法。人工举升已经成为一门综合性的学科。

抽油机举升技术

抽油机举升技术已经有近百年的历史。依靠其结构简单、结实可靠的特点,一直占据着人工举升的主导地位。

抽油机虽然耐用,但由于自身结构原因,存在的问题主要有:①系统效率低,据统计中国石油抽油机系统效率仅为24%;②能耗高,资料显示举升系统能耗约占油田总能耗的30%;③存在杆管偏磨,容易造成断杆、管漏等,修井作业费用增加。

地面驱动螺杆泵举升技术

地面驱动螺杆泵举升技术最早是从国外引进的采油技术,系统包括地面驱动头、抽油杆、螺杆泵等主要工具,在高黏度、高含砂、含气井中优势明显,成为继游梁式抽油机和潜油电泵之后的主力人工举升方式,尤其是在聚合物驱和三元复合驱中表现出良好的适应性。

由于地面驱动螺杆泵抽油杆受扭转和弯曲复合载荷作用,容易发生屈曲与油管接触,目前存在的主要问题是杆管偏磨,尤其是在斜井中,问题更加突出。

电潜泵(ESP)举升技术

电潜泵属于无杆举升技术。用油管将多级离心泵下入井内,地面电源通过潜油泵专用电缆输入井下潜油电机,使电机带动多级离心泵旋转产生离心力,将井中的原油举升到地面。

国外电潜泵技术发展较早,研发了系统监控装置,实现了井下压力温度参数的在线测量和闭环控制技术。近年来在软件控制、耐温性能、配套工艺上进一步提升。

气举举升技术

气举是通过向油套环空(或油管)注入高压气体,降低井筒液体的密度,在井底流压和气体膨胀功的作用下,将液体携带至井口。气举举升适应高产井,需要气源和处理装置,地面设备多,一次投资大。

近年来,人工举升技术取得了很大的进展,但仍没有根本上摆脱耗能高、投资大、杆管偏磨等问题。同时,国内多数油田已经进入开发中后期,稳产形势严峻,机采井数量不断增加,人工举升的作用越来越突出。而且随着资源劣质化程度不断加深,斜井、水平井等复杂井型数量不断增加,油井工况越来越复杂,对举升技术要求越来越高。

因此,发展更加安全环保、可靠、节能、高效的人工举升新技术是采油工程发展的必然趋势,为提高对生产过程中的监测和控制水平,配套的实时监测与诊断技术也必不可少。为在当前低油价的形势下提高人工举升系统效率、降低能耗、提高投资回报率,国内外研究人员做出了一系列的努力,本期「石油圈」将带来其中的三项技术与装备,分别为:贝克休斯TransCoil系列ESP系统、Materion公司ToughMet 3抽油杆联轴器以及Artificial Lift Performance公司Pump Checker人工举升管理系统。

TransCoil系列ESP系统

某些地区由于环境或成本等因素使钻机的应用受到了限制,而这对于需要使用钻机安装的ESP设备无异于釜底抽薪。为此,贝克休斯和沙特阿美公司共同开发了TransCoil系统,该系统无需使用钻机安装、取消了常规的电机-电缆连接方式,提高了ESP设备的适用性和稳定性。

此外,TransCoil系统采用了全新的电缆设计,将作业深度提高到了12000ft。且TransCoil系统在高含H2S等复杂井况下性能依旧优良,设备的运行周期得到了很大程度的提高。

ToughMet 3抽油杆联轴器

据统计,每年页岩地层斜井的人工举升故障耗费的运行成本高达数亿美元,而其中几乎一半的故障与油管或抽油杆联轴器有关。为降低抽油杆联轴器的损坏速度,Materion和Hess公司合作开发了新型ToughMet 3抽油杆联轴器。

该联轴器由独特的锡-铜-镍亚稳合金锻造而成,能够有效抵抗机械磨损、螺纹损坏以及腐蚀、侵蚀等问题,即使在高温环境下也能保持其优异的性能,能够最大程度地减少修井次数。实验研究表明,ToughMet 3抽油杆联轴器显著减少了油管失效现象,使得每口井每年能够减少10万美元左右的修井费用。

Pump Checker人工举升管理系统

ESP是一种常见的人工举升设备,目前市场上存在很多ESP厂商,也就存在着多种ESP操作系统,而且不同监测系统的显示界面各不相同,监测人员需要监测多个不同的界面,工作量可想而知。如果一个油田有多口ESP井,不同的监测系统难免会造成生产混乱,甚至会造成严重的问题。

为方便工作人员管理人工举升作业、简化工作流程、提高作业效率,Pump Checker系统应运而生。Pump Checker系统将所有数据集成到了一块显示器上,能够自动识别ESP设备问题、预测设备故障,并可基于生产数据提高生产潜能、进行前瞻性管理。

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

评论 2

  1. #1

    有几篇技术文张能在你哪发表吗!!

    匿名1年前 (2020-06-24)回复
    • 您好,合作请拨我们的电话022-65771089

      二丫1年前 (2020-06-24)回复