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新型联轴器大幅提高采油效率

新型联轴器大幅提高采油效率

Materion公司推出的新型联轴器可大幅提高抽油杆采油作业的效率。

编译:惊蛰

在非常规深井开采中,若抽油杆在下冲程期间发生弯曲,抽油杆联轴器会与生产油管的内壁发生摩擦,这种弯曲与侧向载荷给有杆泵采油作业带来了巨大挑战。例如,某口井以每分钟六冲程抽油,每天循环8640次,抽油杆上任意一点相当于每天运动了23英里。如果能够消除抽油杆与生产油管之间存在的潜在接触风险,开发商将有机会来降低采油系统中的摩擦阻力与载荷,提高开采效率。纵观历史,油管泄露与联轴器故障几乎占到抽油机井故障的50%,而这些泄漏的根本原因往往是联轴器造成的油管磨损。

标准金属喷涂联轴器拥有硬镍涂层,可对钢制生产油管造成严重磨损。虽然标准T型联轴器没有涂层,也不像金属喷涂联轴器那么硬,但金属面之间的摩擦也会造成油管磨损。此外,T型联轴器也更容易腐蚀。为了减轻这些影响以及相关的油管磨损,Materion公司开发出一种新型低摩阻、高强度的铜合金。ToughMet合金是一种由铜、镍、锡制成的超耐用铜合金。该产品对钢制生产油管具备天然的抗磨损性,且拥有高冲击强度与更好的耐腐蚀性,可减少抽油杆上的整体摩阻。

最初,ToughMet抽油杆联轴器在斜井中证明了自己的优异性能,其有效率明显优于同类产品。Hess公司是Bakken地区最大的油气公司之一,将该联轴器应用到斜井段后,其平均故障间隔时间延长了两倍。因此,该公司决定将该联轴器纳入到其标准生产作业中。Discovery公司是一家油气公司,在Permian区块拥有1000多口井,由于抽油杆对管柱造成的磨损,其中一些大斜度井每隔60到90天就会出现故障。在引入ToughMet联轴器后,该公司表示某井连续作业了385天以上,没有发生任何故障。显而易见,通过使用这种降低摩阻与磨损的联轴器,开发商可避免频繁的修井作业,有效地提高生产效率。

目前已确认,使用这种新型联轴器不仅可以降低斜井的修井成本,而且可带来一系列意想不到的其它收获。除了降低油管故障率之外,八家不同的油气公司纷纷将目光投向了井动态状况的改善。现如今,这八家公司在11口井中全部应用ToughMet联轴器,以研究与量化通过减少井内摩阻,所获得的全部效益。将这些井在应用ToughMet联轴器前后(不进行其他设计变更)的动态数据进行对比分析,可以得到以下现象与预测:1、88%的井将实现原油产量的增加;2、93%的井将实现井下冲程的增加。

由于抽油杆的拉伸、收缩与偏转,井下冲程通常比地面测量的冲程短得多。降低抽油杆上的摩擦阻力,可以使抽油杆柱以更快速度、更平稳地移动,并转化为更长的井下冲程。获得更长的泵活塞冲程则可改善压缩效果,使油井的作业能力达到最大。

  • 87%的油井将实现泵上方的液位下降。降低液位是必要的,这表明抽油效率很高。
  • 81%的油井将实现泵充满度的提高。如果泵充满液体,作业将更有效,若能实现该目标,可降低电力消耗。
  • 98%的油井将实现变速箱载荷的降低。变速箱载荷直接关系到有杆泵井作业所需的功率要求,变速箱驱动光杆,并提供扭矩,以转动平衡锤。
  • 95%的油井将实现光杆峰值负荷的降低。光杆承受了下部所有抽油杆的重量、流体的重量以及设备往复运动时产生的惯性效应,抽油杆上的摩擦阻力增加了光杆上的负荷。
  • 93%的油井将实现系统效率的提升。更高的系统效率意味着,油井可利用更少的功率来采出更多的流体,作业成本与该数值息息相关。

上述数据说明,ToughMet联轴器不仅可以减少油管磨损,而且还能减少抽油杆上的摩擦阻力。当抽油杆更加平稳地运动时,油井就能够避免井下冲程的缩短,从而更高效的采出液体。得益于更稳定的示功图以及更低的变速箱与光杆负荷,该联轴器可延长地面设备与抽油杆的使用寿命。减少摩擦阻力也将提高油井的作业效率,并降低作业相关的动力消耗。

迄今为止,在Bakken与Permian区块,已有28家开发商将ToughMet联轴器应用于900余口井。结果表明,除了降低设备故障率,避免昂贵的修井作业外,ToughMet联轴器对油井动态也具有显著影响。凭借优化的抽油杆运动、更长的井下冲程、更高的泵充满度、更高的流体产量,每口井的作业效率实现了大幅提升。此外,新型联轴器材料也降低了变速箱与光杆的负荷,从而延长了地面设备的使用寿命。

将标准T型或金属喷涂抽油杆联轴器更换为这种铜合金联轴器,可实现以下目标(平均):

  • 原油产量平均增长21%;
  • 井下冲程平均增加23%;
  • 光杆峰值负荷平均下降16%;
  • 光杆交变应力平均降低16%;
  • 变速箱负荷平均下降16%;
  • 泵上方的液位平均下降28%;
  • 系统效率平均提高37%。

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