一种新型的自动换向封闭液驱无杆采油系统

宋丕刘　任鹏昊　宋延文

【摘 要】常规有杆抽油设备安装工作量大、占地面积大，抽油杆在运行过程中会出现杆管偏磨的问题，长时间运行后，盘根、皮带等配件也会出现磨损，后期维护费用高，同时也会造成原油泄漏，污染环境。基于这一技术难题根据液压原理研发了一种新型的自动换向封闭液驱无杆采油系统，避免了杆管偏磨[1]，井口漏油等问题，尤其适用于斜井。从地面液压控制系统、液压动力传输系统、井下抽油系统介绍了系统的结构组成，并分析了工作流程。现场试验平稳无故障运行超过24 个月，表明本系统可以满足油田生产需求，已经达到小批量规模。

【关键词】无杆液压驱动；液压超远程控制技术；封闭式；采油；偏磨

0 引言

在石油工业，传统的采油设备主要是有杆抽油泵，通过地面驱动装置推拉抽油杆从而带动抽油泵进行往复运动，达到把原油从井底举升到地面的目的。[2]此类举升设备，地面驱动装置主要有游梁式抽油机、皮带式抽油机和塔式抽油机，这种地面驱动装置存在的最大弊端是：安装过程中工作量大、占地面积也大，抽油桿在以后的运行过程中也会出现杆管偏磨的问题，长时间运行后，盘根、皮带等配件会出现磨损，后期维护费用高，同时也会造成原油泄漏，污染环境。通过检索可知，为了克服以上技术的不足，目前有多种关于无杆采油装置的报道，包括水力活塞泵[3]、电动潜油泵、液力杆泵等，其中：水力活塞泵结构复杂、换向系统置于井眼内，高冲次、短冲程、短密封运行，可靠性差，而且工作液和产出液在井下混合、地面需要设立工作液和产出液的分离设备，投资大、成本高、维修率高；电动潜油泵供液不稳定、故障率高、电缆下井易损坏、适应性差、寿命短；液力杆泵是把水力活塞泵的转向控制部分从井下移到井上，从而简化了井下部分的结构，采用了双管并行油路，地面设液压工作站，井下泵不设转向机构，其转向机构由地面控制设备控制，但不能实现自动密封转换。目前尚未见不仅以高压液体为动力实现无杆抽油，而且通过活塞死点高压启动液路自动密封转换的液驱无杆采油装置的报道。

1 系统组成及工艺流程

自动换向封闭液驱无杆采油系统包括地面液压驱动系统、井下驱动系统，以及将地面动力液传输到井下的动力传输管等，如图1所示。

1.1 地面液压驱动系统

地面液压驱动系统主要是控制柜控制动力系统产生交替的高压油为井下设备传递能量。主要包括：液压动力泵，溢流阀、换向阀[4]、压力继电器、控制柜、压力传输管等，所有部件集中在一个底座上，结构紧凑。

其控制原理是液压动力泵产生一定压力的高压能量，高压能量通过压力传输管传输到井下的工作机，并且压力继电器实时检测井下的压力，控制柜通过检测压力继电器的信号而控制换向阀换向，改变高压能量在传输管中的流向，从而带动井下设备实现往复运动，举升油液。

1.2 液压动力传输系统

液压动力传输系统将地面系统产生的高压能量高效的传递到井下运动部件，驱动部件的往复运动，其特点是具有两个连续性的压力传输管，并且交替提供高压能量，促使井下运动部件能够强制的高效的往复运动，避免自行运动产生的系统效率低下问题[4]。

本系统中采用的是两根并排的连续不锈钢管，从井上到井下只有一个接头，大大降低了系统能量泄漏的概率。并且两根不锈钢管绑在生产油管外壁上，自身不受重力作用，从而大大提高设备寿命问题。

1.3 井下驱动系统

井下驱动系统包含液驱推进器、倒置式柱塞泵。液驱推进器受到来自地面的交替高压动力液的作用，产生直线往复运动，带动倒置式柱塞泵往复运动，将油液经生产油管举升到地面。其特点是倒置式柱塞泵固定阀在上面，意外停机时油管中的油液不会经固定阀进入泵筒，同时因停机造成的油管产出液中的沉降物质也不会进入泵筒，大大提高了柱塞泵的运行时间。[4-7]

另外整个系统采用液压油作为动力，并且做到封闭式循环，液压油不会泄漏，不仅提高了效率，而且与其他水基、油基混合物做动力的设备相比使用寿命大大提高。

1.4 工艺流程

地面动力泵产生高压能量经其中一根压力传输管将高压能量按一定的速度传输到井下液驱推进器。液驱推进器按一定速度往上运动，并且带动柱塞泵向上运动，当液驱推进器活塞运动到上死点时，压力传输管中的液体压力会急剧增高，当压力大于压力继电器的设定压力时，压力继电器产生信号，并经过控制柜控制换向阀换向。换向后高压能量经过另一根压力传输管传输到液驱推进器，推动液驱推进器活塞下行，带动倒置式柱塞泵下行。当液驱推进器活塞运动到下死点时，地面的压力继电器感应到压力急剧增高，并通过控制柜控制换向阀换向，如此循环。[4-7]

2 现场试验

本技术2013年5月开始在延长油田试验应用，截止到目前为止以运用30多口井，在南泥湾采油厂，采用的一拖三的自动换向封闭液驱无杆采油系统，即一个泵站拖动三口油井。试验的3口井泵挂与常规井相比泵挂深150米左右，而其它井况基本相似，试验的3口井日耗电为74.4度，平均单井日耗电为24.8度，与常规抽油机井相比节电率可达到64.9%。

3 结论

该技术采用井下液压推进器驱动井下柱塞式抽油泵实现举升，地面动力站可为多口油井提供动力液，可实现单井独立或多井优化控制。建立了远距离动力液模型，研发了动力液远距离高效传输系统，并具有实时监测和远程控制功能。该技术操作简便、性能可靠，节能环保，特别适合平台井组集群举升。该成果产品与其他采油设备相比，项目产品成本大幅降低，运行成本大幅降低，符合国家节能降耗的政策，在未来石油开采中将越来越发挥其优越性，实现采油技术革命性突破。

【参考文献】

[1]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，2009，31（2）：111-11.

[2]罗英俊，万仁溥.采油技术手册：第三册[M].北京：石油工业出版社，2004.

[3]陈宪侃，万仁溥，周赤烽，等.国内外水力活塞泵应用分析[J].石油钻采工艺，2011，33（5）：121-124.

[4]王明.电磁阀响应时间对液压管路的影响研究[J].企业技术开发旬刊，2014（3）：76-77.

[5]赵晓平.一种低功耗电磁阀控制电路的改进分析[J].科教文汇，2013（6）：94-95.

[6]张立娟.液压系统油液温升计算及冷却器选型[J].重工与起重技术，2007（4）：26-27.

[7]王剑华.减少液压系统压力损失的方法[J].工程机械与维修，2003（9）：28-29.

[8]盛敬超.液压流体力学[M].北京：机械工业出版社，1987.endprint