連續相液壓抽油機在稠油采油工藝中的應用

＊李斌 冉君帥 王安亞 宋志亮 鐘笠 魏鵬

（1.西南石油大學地球科學與技術學院 四川 610500 2.克拉瑪依市志卓油田科技發展有限公司 新疆 834000）

目前國內大量的稠油油田開發仍然采用傳統的機械傳動游梁式抽油機，具有結構簡單、操作維護方便、使用壽命長的特點[1-4]。但是采用機械方式開采各種不同特性的原油，生產效率低下，各類機械傳動抽油機存在著大馬拉小車的現象，耗電非常大，原油生產的成本居高不下，目前的采油手段與流體的流動特性基本無關，這是因為游梁抽油機誕生太久了，用機械采油方式，制約了對油藏的流體的流動特性的認識和應用。

近些年來，又出現了液壓抽油機，與傳統的抽油機相比，液壓抽油機具有以下優勢：液壓系統的剛性較大、功率密度較高；具有較大的舉升力，滿足大載荷要求；液壓抽油機的體積小、質量輕、整機結構緊湊、占地面積小；維護和操作安全簡捷，適用于不同環境的采油作業等[5-9]。這些優點使得液壓抽油機具有較好的技術經濟指數和經濟效益指數[10-12]，但是液壓抽油機的應用還沒有很廣泛，使用效果并沒有達到令人滿意的程度，出現以下亟待解決的問題有待提高，比如：稠油開采面臨滲透和高黏度問題，導致壓力損失和采油效率低下；液壓效率不高，液壓系統的響應并不是很靈敏，不能很快應對井下時刻變化的情況，液壓系統的控制并不是很成熟等[13]。

新研制出的連續相液壓抽油機具有液壓控制自適應特征，可以有效控制因流體的不均質性和稠油黏度較大，油井抽油桿隨下沖程速度的變化而變化，滿足各種油藏的流體的連續相流動。選擇準噶爾盆地紅山嘴油田紅淺1井區典型稠油為案例，通過h85851井的應用，對比連續相液壓抽油機和傳統游梁式抽油機的差異，以期為稠油油藏的科學開采提供依據。

1.連續相液壓抽油機的結構及工作原理

(1)液壓抽油機的結構

連續向液壓抽油機由動力傳動換向系統、平衡調整系統、動力系統、機架與底座系統、液壓控制系統等五大核心部分構成，見圖1。

①動力傳動換向系統：由傳動箱，沖程控制器檔桿，機動換向閥，上下沖程皮帶，上下沖程皮帶張緊器等組成。

②平衡調整系統：由懸繩器，平衡箱，傳動皮帶等組成。

③動力系統：由電動機，油箱，變量泵，工作油缸，動滑輪組等組成。

④機架與底座系統：由基礎，整機水平移動推拉器，底座，立架，上平臺等組成。

⑤液壓控制系統：液壓控制系統是液壓傳動抽油機的核心部件，由液壓鎖、溢流閥、換向閥等部件構成控制系統，確保液壓傳動抽油機安全平穩的運行。

圖1 液壓抽油機結構圖

(2)連續相液壓抽油機的工作原理

電動機將電能轉換為液壓能，液壓能轉換為機械能的傳動過程，變量泵利用油箱提供的液壓油再將機械能轉換為液壓能帶動液壓油缸工作，油缸上固定有上下沖程控制器，沖程控制器上的檔桿撥動機動換向閥換向，通過液壓控制系統控制液壓油缸進行上下往復運動。油缸上端動滑輪組隨油缸上下往復運動實現增程動滑輪組裝有上下沖程皮帶，分別拉動平衡箱作相向運動，平衡箱上端與傳動皮帶相連，傳動皮帶通過導向滑輪與懸繩器連接，通過懸繩器拉動光桿、抽油桿、抽油泵活塞作上下往復運動，實現油井抽吸生產。

2.連續相液壓抽油機的采油工藝特征

（1）機械自動控制換向。經過多次的試驗證明，設計采用機動換向閥的彈性撥桿可以最大程度的解決換向沖擊問題和沖程控制器過沖的矛盾問題。沖程控制器在油缸活塞桿頂部，并且沖程控制器與機動換向閥相互配合。可調節的上、下擋桿分別設置在沖程控制器的上下部分的不同位置，上下擋桿的距離，實際就是與懸繩器連接的油井抽油桿的實際沖程長度。機動換向閥上設置有彈性撥桿，彈性撥桿均由彈簧或橡膠構成，當油缸活塞桿行至上、下止點時，機動換向閥上設置的彈性撥桿與擋桿相互觸碰后，控制液動力換向。換向帶來的沖擊一直是抽油機中存在的問題，設計時為了盡量減少換向時候的沖擊，使用機動換向閥來控制液控換向閥換向可以很好的解決這一問題。通過使用節流閥和減壓閥共同控制著機動換向閥的工作壓力和流量，同時液控換向閥的換向時間的長短也通過次方法來控制。兩端載荷不同時帶來的換向沖擊可以利用液控換向閥的中位“H”機能來減少。換向滯后現象是不同溫度和不同的環境情況下抽油機會出現的一種現象，在換向滯后的條件下如果機動換向閥采用鋼性撥桿，會出現沖程控制器過沖問題，造成機動換向閥的損壞，彈性撥桿有效的解決了這一問題。

（2）液壓控制自適應。稠油開采過程中所遇到的流體通常是非均質性的，為了提高稠油開采過程中對非均質性流體的采收效率以及解決油井抽油桿下沖程變慢或停頓等問題，設計出液壓控制自適應系統。油缸有桿腔完成與懸繩器連接的油井抽油桿下沖程，油缸無桿腔完成油井抽油桿上沖程。抽油機安裝調試時，平衡箱重量與負載重量=（抽油桿總重+油管里的液體重量）完全一致或略重于負載的重量。當液壓系統輸出壓力一定時，油缸無桿腔輸出的推力大于有桿腔輸出的拉力，調試的時候，當油井抽油桿下沖程時，來設定溢流閥工作壓力，這樣如果遇到流體的不均質性，如稠油黏度増大，就會出現抽油桿在下沖程時遇到的阻力增大，速度變慢，失去了原有的平衡，這個時候平衡箱的重量起到了關鍵的作用。平衡負載加重，超出了溢流閥設定的壓力，溢流閥開啟和關閉，平衡設定壓力，以適應油井抽油桿下沖程速度的變化。實現了抽油機自適應流體的不均質性。

（3）流體連續相。通過觀測井下的動液面和流體的黏度，來確定變量泵的排量，確定油井抽油桿上沖程的工作速度，充分利用流體的粘性，使油藏流體連續流動，提高井下抽油泵的泵效。以達到最佳的產出效果，這樣也保護了油藏，可有效的提高采收率。變量泵的排量控制可實現沖次速度最大至最小任意調節。

3.稠油開采應用對比

為驗證該抽油機的運行效果，選擇在準噶爾盆地紅山嘴油田紅淺1井區稠油區開展對比實驗。紅山嘴油田紅淺1井區塊油氣勘探始于20世紀80年代，于1991年投入開發，截止2012年10月底，在克下組、克上組、八道灣組、齊古組四個層系累積投產各類井1719口井。h85851井位于紅淺1井區南部，開發層位為克上組油藏，油層平均孔隙度23%，油層平均滲透率400mD，克上組地面原油密度在0.9255～0.9603g/cm3，平均0.9448g/cm3，30℃原油黏度變化3460.03～102880.39mPa·s，平均29755.58mPa·s，50℃地面脫氣原油黏度在715.33～8550.99mPa·s之間，平均3284.02mPa·s，按新疆淺層稠油分類標準，屬超稠油Ⅰ類，綜合含水率79.9%，采出程度低，開發難度大。

表1 生產效果對比表

紅山嘴油田紅淺1井區稠油區塊中的常規游梁式抽油機油井替換為連續向液壓抽油機現場數據對比如表1所示。

在2015年6月10日二輪注汽后，h85851井優先使用的游梁抽油機生產90天，使用沖次為7次/分鐘，初期注汽后，液、油產量高，日產液9.8t，油量6.9t，含水：30%，一個月后，隨著地層能量的降低（測取沉沒度197.3m），液量下降，日產液維持在4t左右，油量0.6t/d，含水85%（圖2）。2015年9月8日更換液壓傳動抽油機試驗90天，改變沖次后，沖次改為：3分鐘1次后，日產液2.5t，油量維持在1.4t/d，含水穩定在50%，日產油量上升0.8t（圖3）。

圖2 游梁抽油機生產曲線圖

圖3 液壓抽油機生產曲線圖

h85851更換液壓傳動抽油機效果比周邊的井明顯，由于h85851沖次降低幅度較大，降低后的沖次雖然與我們的計算數值仍有差距，但是很好的解決了由于底層供液能力不足的問題，油液穩定，且含水率也相對穩定。從圖4和生產統計表1可以看出，換液壓傳動抽油機近兩年的生產實驗，該井再未注過汽，含水降到了50%左右，生產效果非常穩定。2017年8月該井自從液壓傳動抽油機結束試驗以后，改換游梁式抽油機生產，含水不斷增高，高達99%。

圖4 兩種抽油機在同一井位年生產曲線圖

4.小結

紅淺1井區稠油井生產對比顯示，連續相液壓抽油機日產油量比游梁式抽油機提高了56%，含水率降低35%。應用結果表明連續相液壓抽油機通過液壓控制自適應系統，實現了控制因稠油黏度較大，油井抽油桿隨下沖程速度的變化而變化，更容易滿足稠油開采需求。

連續相液壓抽油機在稠油井開采中的節能降耗效果明顯，根據現場連續測試數據，液壓式抽油機每小時耗電量僅為游梁式抽油機的20%～50%。每年稠油井單井注氣量約777.8t，蒸汽價格按照每噸100元計算，單井注汽費用一年就是7.7萬元，而連續相液壓抽油機不使用注蒸汽熱采方法，便可實現連續生產，降低生產成本。連續相液壓抽油機不僅生產效率高，并且節約了大量的采油成本，有效解決了中國傳統游梁式抽油機高能耗、調參困難、稠油開采含水率高等問題。連續相液壓抽油機節能效果好，而且性能安全可靠，維修成本低，具有良好的推廣應用價值。