一种新型液压动力无杆采油系统.pdf

第 3 4卷 第 6期 2 0 1 2年 1 1月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LLI NG PRODUCTI ON TECHN0L0GY Vo 1 ． 3 4 No ． 6 NO V．2 01 2 文章编号1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 1 2 0 6一O 1 1 7 0 2 一 种新型液压动力无杆采油 系统 智 玉 杰 王 朝霞 习 进路 王 锋国 刘 斌。王 波飞 1 ． 北京迪威尔石油天然气技术开发有限公司， 北京1 0 0 0 8 5 ；2 ． 中国石油冀东油田分公司， 河北唐山0 6 3 0 0 4 引用格式智玉杰， 王朝霞， 习进路 ， 等 ． 一种新型液压动力无杆采油系统 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 1 2 ， 3 4 6 l 】 7 一 l 1 8 ． 摘要采用常规有杆抽油设备进行斜井开采时会引起杆管偏磨等诸 多问题， 基于这一技术难题根据液压原理研发 了一种 新型的水动力无杆采油系统， 避免了杆管偏磨 ， 尤其适用于斜井。从地面液压驱动 系统、 动力传输系统、 井下液力抽油系统介绍 了系统的结构组成， 并分析了其工作流程。现场试验已平稳无故障运行超过 1 8个月， 表明本系统可以满足油田生产需求。 关键词无杆采油；井下液力抽油系统；液压 ；斜井 ；偏磨 中图分类号 T E 3 5 5 ． 5 文献标识码 A A ne w hy dr a ul i c po we r a s s i s t e d r o dl e s s o i l pu mpi ng s y s t e m Z H I Y u j ie ， W A N G Z h a 0 x ia ， X I J in h ， W A N G F e n g g u 0 ， L I U B in 2 , W A N G B o fe i 1 ． B e ij i n g DW E L L P e t r o l e u m G a s T e c h n o l o g y De v e l o p me n t C o m p a n y L i mi t e d , B e ij i n g 1 0 0 0 8 5 ． C h i n a ； 2 ． J i d o n g Oi lfie l d C o m p a n y ， P e t r o c h i n a ， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 4 ， C h i n a Ab s t r a c t S u c h a s s i d e a t t r i t i o n o f p u mp i n g r o d s a n d t u b e s p r o b l e m s o f t e n e n c o u n t e r e d wh e n t h e c o n v e n t i o n a l o i l p u mp i n g u n i t i s u s e d f o r i n c l i n e d we l l s p r o d u c t i o n ． T o s o l v e t h e t e c h n i c a l p r o b l e ms ， a n e w l i q u i d p o we r a s s i s t e d r o d l e s s o i l p u mp i n g s y s t e m i s d e v e l o p e d b a s e d o n h y d r a u l i c p r i n c i p l e ． T h e n o v e l s y s t e m c a n c o mp l e t e l y s o l v e t h e r o d tub e s i d e a t t r i t i o n p r o b l e m ， a n d i s e s p e c i a l l y a p p l i c a b l e u s e d i n i n c l i n e d we l l s ． Th i s s y s t e m i n c l u d e s g r o u n d h y dra u l i c dri v i n g s y s t e m， p o we r t r a n s mi s s i o n s y s t e m a n d d o wn h o l e h y d r a u l i c o i l p u mp i n g s y s t e m ． I t s wo r k flo w i s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ． I n s i t e t e s t h a s s mo o t h l y r u n o v e r 1 8 mo n t h s wh i c h i n d i c a t e s t h e s y s t e m c a n f u l l y me e t t h e o i l fi e l d p r o d u c t i o n r e q u i r e me n t s ． Ke y wo r d s r o d l e s s o i l p u mp i n g ； u n d e r g r o u n d h y dr a u l i c p o we r o i l p u mp i n g s y s t e m ； h y dr a u l i c ； d e v i a t e d we l l s ； s i d e a t t r i t i o n 采用常规有杆抽油设备进行斜井开采时， 由于 套管变形和井斜等原因会引起杆管偏磨， 导致抽油 杆断脱、 油管寿命缩短、 作业频繁等。尽管采取了诸 如在抽油杆之间分段加装扶正器、 采用旋转井口等 措施， 但是均无法从根本上解决油管和杆柱之间的 偏磨 问题 。 目前成熟的无杆采油设备主要有电潜泵和水力 活塞泵。电潜泵具有排量大、 扬程高的特点， 不适用 于数量 占 8 5 ％ 以上的中低产能油井 ；而在油 田开发 中后期使用水力活塞泵将使地面脱水工作量增大， 同时井下泵的使用寿命缩短， 采油成本增加。 笔者将液压技术和采油技术有机结合 ， 研发出 一 种全新的水基动力无杆采油系统， 采用液压动力 驱动井下抽油泵工作， 无抽油杆上下运动， 彻底消除 了杆管偏磨问题。 l 工作原理 水基动力无杆抽油 系统采用水作 为动力液 ， 整 体系统由地面动力站、 动力传输部分 动力控制阀 和管路 、 井下液力抽油系统等 3 部分组成 见图 1 。 地面动力站利用液压泵将电动机的机械能转换为液 体的压力能， 通过动力传输部分传至井下， 借助于井 下液力抽 油系统把液体压力能转换为机械能 ， 驱动 抽油泵运动。抽油泵上行程靠动力液驱动 、 下行程 靠重力拉动下行。地面换 向技术采用两位三通换 向 阀 ， 将动力液在密闭和开式方式之间切换 ， 密闭状态 时传递压力能至井下， 开式状态时和大气连通， 易于 动力缸下行程时动力液返至水箱。 作者简介智玉杰， 1 9 6 2 年生。1 9 8 3 年毕业于大庆石油学院仪表自动化专业， 主要从事采油及油田地面工程新技术开发工作， 高级工程 师。电话0 1 0 8 2 7 7 8 3 5 6 。E - m a i l z h i y u j i e c p e b j ． t o m。 1 1 8 石油钻采工艺2 0 1 2年 1 1月 第 3 4卷 第 6期 L l 一液位显示计； 2 一液位控制器； 3 一动力泵系统；4 一水箱； 5 放水阀； 6 一抽油泵；7 动力缸； 8 一高压球阀； 9 一单向阀 l 换向阀； 1 1 一压力传感器； 1 2 高压球阀； 1 3 一压力表； 1 4 _ - 蓄能器 1 5 一动力单元 图 1 水基动 力无杆抽油 系统工作原理 2 系统 组成及工艺流程 2 ． 1 地面液压驱动系统 地面液压驱动系统是一台小型液压工作站， 包 括三柱塞泵、 地面管路、 换向阀、 单流阀、 溢流阀、 蓄能器、 水箱、 计量仪表、 过滤器、 控制系统等， 是整 套系统的动力及控制核心， 其作用是驱动井下液力 抽油泵柱塞上行做功实现抽油过程。所有部件集成 在一个橇座上， 结构紧凑。 三柱塞泵是该系统的心脏部分， 水箱中的动力 液由其加压到所需压力后进人地面管汇。换向水阀 的作用是变换流体的方向以及接通或关闭液路。计 量仪表及控制系统完成系统运行参数的检测、 换向 控制、 监测参数远程传输及发送故障报警信息等。 2 ． 2 动力传输部分 动力传输部分将地面系统输出的动力液通过动 力管线传输至井下， 保证压力长距离低损耗传递， 驱 动井下动力缸往复运动 ， 提供 井下泵能量。主要包 括井 口装置、 动力液通道 、 产出液通道。 井 口装置为 常规采油树 ， 作为动力液的人 口和 产液 的出口。本装置中采用井下中心油管 03 8 ． 5 l mmT B G油管 作为动力液通道 ， 动力管线与井下动 力缸活塞连接， 之间采用静密封方式。中心油管与 0 7 3 ． 0 2 m mT B G油管的环形空间作为产出液通道。 2 ． 3 井下液力抽油系统 井下液力抽油系统为执行部件， 包括可上下运 动的动力缸和常规抽油泵， 将井下产出液吸入抽油 泵内， 将产液通道内的液体举升至井口。因活塞和 缸体之间有相互运动， 之间为动态密封。本装置采 用复合动密封技术， 既满足缸体和活塞相互运动的 动密封要求， 又满足密封面工作在含油、 气、 水、 砂等 复杂介质 中的要 求。采用的动力缸为活塞静止 、 动 力缸沿活塞上下运动的动简式结构。其主要部件有 缸筒 、 活塞 、 密封件。 2 ． 4 工艺流程 动力液由水箱进入三柱塞泵， 三柱塞泵持续输 出的高压动力液， 经单向阀流人换向阀。换向阀由 电控柜内的换 向执行模块控制 ， 按时 自动换 向。当 换向阀打开时， 井下中心油管与地面站动力管线连 通， 高压动力液直接流入井下动力缸， 驱动动力缸 向上运动， 带动抽油泵上行， 原油通过 中心油管与 0 7 3 ． 0 2 mm油管环空被举升到地面。 换向阀关闭时， 井下中心管与地面动力管线的连接被关闭， 与水箱 的连接管线接通 ， 井下动力缸受到重力作用开始下 落， 带动抽油泵下行， 缸内的动力液通过中心管被举 升返回水箱， 井下抽油泵为下次举升原油做准备。 水箱装有液位计， 可随时检测其内动力液液位。 换 向阀上压力表可检测动力液在下井和返程时的压 力。采用远程监控技术， 系统运行参数通过 G S M 网 络和 1NT E R网实时传送到中心控制室。 3 现场试验 辽 河 油 田曙 2 7 一 x井 井深 1 8 6 0 m， 最 大井 斜 2 3 。 ， 动液面 7 8 6 r n 。现场试验下泵深度 1 6 5 0 m， 连 续安全运行 l 8 个月 ， 产液量 1 6 ． 5 m ／ d ， 含水 9 4 ％。 试验过程中， 地面动力液工作压力 7 MP a ， 系统 运行稳定， 并与井下动力泵同步；通过调节地面换 向阀的开启时间， 可方便调节井下泵冲次， 实现产液 量无级调参， 且每次调节之后产量稳定。以前该井 的游梁式抽油机每天耗电3 6 0 k W h ， 而现在的无杆 抽油系统每天耗电2 6 0 k W h 左右， 节电约 3 0 ％。 4 结论 把液压技术和采油技术有机结合 ， 设计开发了 地面驱动系统和井下抽油系统， 采用单动力液通道 举升和重力返程技术方案 ， 研制了一套水基动力无 杆抽油装置， 从根本上解决 了游 梁式抽油机用于斜 井采油出现的杆管偏磨问题。相对于传统抽油机， 它具有橇装化、 占地面积小、 能耗低、 运行可靠、 泵效 高、 智能化等优点。 参考文献 [ 1 ] 马卫国， 杨新冰， 张利华， 等 ． 抽油杆管偏磨成因及解决 措施研究综述 [ J ] ． 石油矿场机械， 2 0 0 9 ， 3 8 1 2 2 2 6 ． [ 2 ] 刘庆娥 ， 唐庆， 孙福山， 等 ． 抽油机井杆、 管防偏磨工具优 选与应用 [ J ]． 石油钻采工艺， 2 0 0 9 ， 3 1 2 1 1 1 - 1 1 4 ． 收稿 日期2 0 1 2 - 0 5 2 9 [ 编辑朱伟 ]