碳纖維連續抽油桿在油田生產中的應用

朱益飛（勝利油田孤東采油廠）

碳纖維連續抽油桿在油田生產中的應用

朱益飛（勝利油田孤東采油廠）

針對金屬抽油桿存在的自身比重大、難以下得更深、易腐蝕、能耗高、維修費用高、檢泵周期短，以及老油田含水率高、腐蝕重、深層低滲透油藏舉升難度大等問題，提出應用高強度、質輕、耐腐、抗磨的新材料替代金屬抽油桿這一研究應用課題，介紹了碳纖維連續抽油桿的主要采油工藝、特點、以及現場應用情況及實施效果，并對實施效果作了綜合效益評價分析等。實踐證明，碳纖維連續抽油桿與金屬抽油桿相比，在油井深抽提液、節能防腐方面應用具有良好的經濟性和高效性，能有效地解決傳統鋼制抽油桿存在的問題。先后在勝利油田推廣應用102口油井，實現單井平均日增液1.9 t，增油0.3 t，每千米噸油耗電量下降了30%左右，累計增油1.24×104t，節電198 kWh，易腐蝕井檢泵周期延長3.6倍，具有良好的推廣應用價值。

碳纖維；連續抽油桿；防腐蝕

引言

目前，我國各油田90%以上的抽油設備采用游梁式抽油機，而游梁式抽油機由于較多的機械傳動設備，其系統運行效率相對較低，有關資料統計表明，油田30%的采油成本消耗在游梁式抽油機上[1-2]。近幾年來，隨著油價的持續低迷對油田開發生產經營帶來嚴重的困境，新常態與低油價給油田開發生產帶來了更大挑戰。在新形勢下，如何突破目前石油市場的油價持續低迷重圍，實現油田油井開發生產提質增效成為一項重要的研究課題[3]。面對這一新問題，勝利油田積極開展了許多有益的實踐與探索，積極開展新工藝、新技術、新產品的開發應用試驗，大力降低開發成本和油氣生產能耗，特別是對于易腐蝕井，鋼質抽油桿因油井腐蝕問題難以解決，造成抽油桿因腐蝕斷桿問題時有發生，既影響了油井正常生產，又增加了油井作業維修費用。在油田經濟高效開發以及低油價等背景下，金屬抽油桿的局限性也越來顯著[4]。統計顯示，如果桿柱重量降低一半，僅電耗就能降低20%～30%[5]。所以按照油田開發現狀的需求及節能降耗的要求，研究應用高強度、質輕、耐腐、抗磨的新材料替代金屬抽油桿就成為必須要解決的現實問題。

1 碳纖維連續抽油桿

1.1 采油工藝

針對碳纖維連續抽油桿質輕、高強、耐腐蝕，特別適用于油井舉升，具有降載節能、深抽提液、延長檢泵周期等優勢，通過實施碳桿加鋼桿的組合桿柱方式，碳桿泵下加重全井防腐工藝采用泵下加重的方式，將鋼制加重桿下入到抽油泵的下部，從而使泵上桿柱全部為碳纖維連續抽油桿，抽油桿無接匝，徹底實現了泵上桿柱的全井防腐。同時，由于該泵具有下行反饋力，再配合加重桿一起使用，可有效避免碳纖維連續抽油桿受壓等問題。表1為碳纖維連續抽油桿與金屬連續抽油桿性能特性對比表。

表1 碳纖維連續抽油桿與金屬連續抽油桿性能特性對比

1.2 應用特點

1）重量輕，不易變形。碳纖維抽油桿同金屬抽油桿相比，下井千米也不易變形，比重輕。

2）操作簡單，使用方便。碳纖維連續抽油桿如同電纜一樣一圈圈纏繞在圈筒上，拉直后，最長長度可達5000 m。用它下井開采石油，可以直接根據每口井的實際深度進行截取，非常方便，無須像使用普通的不連續抽油桿那樣，一根一根地拼接。

3）防腐能力強，使用壽命長。碳纖維抽油桿不僅節能，還具有極佳的抗腐蝕性能，能經得住油井中硫的腐蝕，使用時間比金屬桿更長。

4）節能效果好。采油時，使用碳纖維連續抽油桿比采用普通鋼制抽油桿，每千米噸油耗電量下降30%左右。有關測試結果顯示，相同工藝條件下，碳纖維連續抽油桿力學性能與某進口碳纖維制品持平，拉伸模量等部分指標還略有勝出[6]。

5）延長油井檢泵周期，減少油井故障維修費用。使用碳纖維連續抽油桿比采用普通鋼制抽油桿，對于易腐蝕井檢泵周期延長3.6倍。

6）具有高強度、高模量特性。碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量新型纖維材料，其力學性能優異，被稱為“新材料之王”。碳纖維“外柔內剛”，比重不到鋼的1/4，強度卻是鋼的7～9倍，并且還具有耐腐蝕性、高模量的特性，在航天航空、國防軍工和民用方面都是重要材料[7]。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。

2 現場應用

2015年底，勝利油田在開展室內碳纖維連續抽油桿應用技術研究的基礎上，進入現場應用研究試驗。先后在勝利油田多家采油廠進行了102口井的現場試驗，下井成功率100%，單井平均日增液1.9 t，增油0.3 t，每千米噸油耗電量下降了30%左右，累計應用碳纖維桿22.7×104m，累計增油1.24×104t，節電198 kWh時，易腐蝕井檢泵周期延長3.6倍，應用效果相當顯著。其中，勝利油田某采油廠52-408小井眼井上，將碳纖維連續抽油桿的下泵深度由1800 m加深到2500 m，解決了小井眼井下泵深度不能超過2000 m的技術難題。而后不斷探索加深泵掛，到目前，最大下泵深度已突破3000 m。措施實施后，該井日產液增加5.8 m3，日產油增加3 t，泵效從15.0%上升到39.2%，桿柱載荷減少了30%以上。

從表2中可以看出，項目實施后，在油井保持相同沖速的前提下，產液量和產油量均有不同程度提升，油井電動機功率因數平均提高了0.271，平均單井日節電量達41 kWh，平均單井有功功率下降了1.72 kW，平均單無功功率下降了1.34 kvar，千米噸液耗電量下降了20.6 kWh/t，綜合節電率達到33.6%，油井平均系統效率提升7.19%。

3 綜合效益評價分析

1）節電效益。項目實施后，其綜合節電率達到33.6%，單井平均日節電達到41 kWh，102口油井年節電量可達15.3×105kWh，電價以0.631元/kWh計算，預計可節省電費支出96.3萬元。

2）油井系統運行效率提升。油井系統效率由項目實施前23.56%提升到項目實施后的30.75%，油井平均系統效率提升7.19%，達到了油井“能效倍增”的技術改造目標。

3）油井生產時率提升。該工藝技術具有油井免維修、延長密封組件的使用壽命、降低停機維修率、節省大量的維護費用的特點，不僅可減少了油井維修成本，而且提高了油井生產時率，增加油井采油工作效率和效益。如油田某1口油井之前由于含硫量高，普通鋼桿撐不到兩個月就被腐蝕無法工作，因而被迫關停，使用碳纖維連續抽油桿后，該抽油桿具有極佳的抗腐蝕性能，能經得住油井中硫的腐蝕，使用時間比金屬桿更長，從而使油井起死回生，至今已連續穩定運行600多天。

4）減排效益。按照節約1 kWh時電能減排0.997 kg CO2，即按減少碳排放0.272 kg計算，則碳纖維連續抽油桿應用后每年可減少碳排放415 t，具有較好的減排效益。

5）具有良好的防腐能力。油井采用全井防腐，能經得住油井中硫的腐蝕，使用時間比金屬桿更長。

6）安全可靠性好，操作簡單方便。碳纖維連續抽油桿性能安全可靠，自投入現場應用以來，該抽油桿運行正常，極少發生運行機制故障，現場應用和維護簡單。用它下井開采石油，可以直接根據每口井的實際深度進行截取，非常方便省事。它非常適合于應用含水率高、腐蝕重、深層低滲透油藏舉升難度大的油井開采。

表2 102口油井實施前后生產數據對比

7）投資回報率高。原油價格以2000元/t計算，年增油效益2 233.8萬元，項目總投入為2500萬元，則項目投資回收期預測為1年。

4 結束語

實踐證明，碳纖維連續抽油桿與金屬抽油桿相比，它在油井深抽提液、節能防腐方面應用具有良好的經濟性和高效性能，特別是對含硫量高、腐蝕性強的油井，具有極佳的抗腐蝕性能，能經得住油井中硫的腐蝕，使用時間比金屬桿更長，滿足油井長期連續穩定運行工作的需要，是一種替代傳統金屬抽油桿的理想節能新產品。碳纖維連續抽油桿在油井生產中的應用，能有效地解決傳統鋼制抽油桿自身比重大難以下得更深、易腐蝕、能耗高、維修費用高、檢泵周期短，以及老油田含水率高、腐蝕重、深層低滲透油藏舉升難度大等問題，具有高強度、高模量特性、防腐能力強、節能效果好、使用操作方便、有效延長油井檢泵周期等優點，具有良好的推廣應用價值。

[1]朱益飛，石曉明，馬冬梅.提高孤東油田機采系統效率的探討[J].電力需求側管理，2009，11（4）：44-48.

[2]石油工業節能節水專業標準委員會.油田生產系統能耗測試和計算方法：SY/T 5264—2012[S].北京：石油工業出版社，2012：4-10.

[3]朱益飛.孤東油田北一西線油井地面系統耗能節點分析及對策[J].石油石化節能，2011，1（5）：35-39.

[4]全國石油鉆采設備和工具標準化技術委員會.抽油桿：SY/T 5029—2013[S].北京：石油工業出版社，2014：5-16.

[5]劉希明，劉常友，王效美，等.新型防脫抽油桿的研制與應用[J].石油機械，2004，32（7）：35-36.

[6]全國石油鉆采設備和工具標準化技術委員會.碳纖維復合材料連續抽油桿：SY/T 6585—2003[S].北京：石油工業出版社，2003：8-9.

[7]吳鋼中，田豐，張海宴，等.碳纖維復合材料連續抽油桿的特點及應用前景[J].石油機械，2002，30（2）：53.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.11.009

朱益飛，高級工程師，1989年畢業于華東石油學院（生產過程自動化專業），從事油田計量與節能新技術新工藝的研究開發與推廣應用工作，E-mail：zhuyifei112.slyt@sinopec.com，地址：山東省東營市河口區仙河鎮勝利油田孤東采油廠技術質量監督中心，257237。

2017-08-08

（編輯 王古月）